[发明专利]基于滑模控制的新型双准Z源五电平逆变器并网控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及新型并网逆变器控制策略技术领域，尤其是涉及一种基于滑模控制的新型双准Z源五电平逆变器并网控制方法。

背景技术

近年来，随着风电、光伏等可再生能源的快速发展，对并网逆变器的稳定性、转换效率以及功率和电压等级的要求也越来越高。Z源五电平逆变器改进了传统逆变器结构，提供了一种新的逆变器拓扑和理论。Z源网络拓扑最先应用在两电平逆变器上，使逆变器的桥臂直通成为一种工作状态，调制算法上无需再插入死区时间，提高了逆变效率，同时，Z源逆变器能够实现升降压变换，无需在逆变器前端加入升压环节。传统的Z源网络存在升压能力有限、电感启动电流大以及电容压力高等缺点，为了解决这些问题，多种准Z源拓扑被提出来。

由于Z源并网逆变器的非线性特性，反馈线性化、无源控制和无差拍控制等多种非线性控制方法被用到了Z源逆变器的控制当中，这些控制方法都能够在不同程度上改进逆变器的性能，但不可避免地存在谐波与无功电流等电能质量问题。为此，PI控制被广泛使用，但PI控制会造成系统不够稳定，且容易产生波动较大的电流谐波。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种稳定性强、电流谐波低、谐波损耗小的基于滑模控制的新型双准Z源五电平逆变器并网控制方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

基于滑模控制的新型双准Z源五电平逆变器并网控制方法，该方法包括以下步骤：

S1：模型构建：根据新型双准Z源NPC型五电平逆变器的拓扑结构，建立新型双准Z源网络的平均状态模型；

S2：实际状态模型获取：采用小信号扰动法对新型双准Z源网络的平均状态模型添加扰动变量，获取实际新型双准Z源网络状态模型；

S3：滑模面获取：选取状态变量并代入实际新型双准Z源网络状态模型，确定滑模面；

S4：电压、电流控制：根据滑模面确定直通占空比，构建滑模控制器；将滑模控制器与新型双准Z源五电平逆变器连接，并结合SPWM调制算法，对新型双准Z源NPC型五电平逆变器进行电压、电流控制。

优选地，所述的步骤S1具体包括：

101)获取新型双准Z源网络在非直通状态下的状态模型；

102)获取新型双准Z源网络在上直通状态、下直通状态下的状态模型；

103)对三个模型进行加权平均，获取一个开关周期内的新型双准Z源网络的平均状态模型。

优选地，所述的步骤S1中，新型双准Z源网络的平均状态模型为

其中，

式中，D₀为新型双准Z源网络的直通占空比，A和B分别为状态方程的系数；L为新型双准Z源网络的电感，C为电容，r_L为电感的等效电阻，r_C为电容的等效电阻。

优选地，所述的D₀的取值范围为0～0.5。

优选地，所述的步骤S2中，扰动变量为x^*＝[i_L^*U_C^*]，u^*＝[2U_dc^*I^*]，D₀^*，D₀^*近似无穷小；其中，i_L为电感电流，U_C为电容电压，U_dc为直流电源。

优选地，所述的步骤S3中，选取的状态变量为：

式中，u_c为期望电容电压，I_L为期望电感电流，i_L为电感电流。

优选地，所述的步骤S3中，代入状态变量后的新型双准Z源网络状态模型的表达式为：

式中，U_i为直流侧电压；u为控制变量，直通状态下u＝1，非直通状态下u＝0；R为逆变器折算到直流侧的等效负载。

优选地，所述的步骤S3中，获取的滑模面的表达式为：

S＝α₁x₁+α₂x₂+α₃x₃＝J^TX