[发明专利]单相三电平变流系统及基于复合控制与粒子群的控制方法

说明书

本发明属于变流控制技术领域，具体涉及一种单相三电平变流系统及基于复合控制与粒子群的控制方法。该方法首先将变流系统交流侧输出电流的参考值与变流系统交流侧输出电流的实际值作差，得到的差值分别经过鲁棒H∞控制器和谐振控制器进行闭环控制，对应得到鲁棒控制输出值和谐振控制输出值，相加得到复合控制输出值；然后根据复合控制输出值生成逆变电路的调制波信号，并结合逆变电路的载波信号确定逆变电路的脉冲控制信号。其中，鲁棒H∞控制器和谐振控制器的待优化参数采用粒子群算法进行迭代寻优得到，减轻了设计参数的工作量；而且，复合控制方法不仅保证系统的稳定性，还有效降低系统的跟踪误差，解决了阻抗波动问题。

技术领域

本发明属于变流控制技术领域，具体涉及一种单相三电平变流系统及基于复合控制与粒子群的控制方法。

背景技术

近年来，随着全球用电量需求的不断增加，化石能源的日渐枯竭以及环境问题的凸现，传统的燃煤发电形式因其污染大等缺点不再能够满足当今时代的要求，当今亟需一种环保、可持续的清洁能源来发电。风能、太阳能、地热能、潮汐能等一批可再生能源成为关注的热点。太阳能的利用方式是采用光伏电池将太阳能转化为电能。这种形式的能源利用形式可以被认为是清洁的，减少了对环境的影响，因为废弃物只在光伏电池的制造过程中或在处理过程中产生。在诸多可再生能源发电形式中，正是由于这个原因，光伏发电被认为是一种非常具有前景的新能源发电方式。

并网逆变器作为光伏发电并网的重要接口，其工作性能直接决定着入网电能的质量。在小功率光伏发电场合，两电平逆变器因其制造成本低，易于设计而得到广泛应用。由于单个半导体器件的耐压与过流的限制，在大功率光伏发电场合经常采用多级逆变器串、并联组合的形式。但是，这种系统结构复杂，不易控制。为了解决这些问题，大功率多电平逆变器应运而生。相比两电平逆变器，三电平逆变器具有输出功率大、耐压值高的优点，且具有改善电能质量、降低输出电能的总谐波畸变率、提高整体效率以及降低成本等优点。但是，并网逆变器的线路阻抗波动问题仍然存在，这将影响到系统的稳定，这就要求必须采取合适的控制方法来解决线路阻抗波动问题。

为了解决线路阻抗波动问题，现有基础中常常采用了各种不同的算法来实现系统稳定，例如鲁棒控制器，鲁棒控制器能够预先考虑系统的特点，使最终得到的鲁棒控制器具有较强的鲁棒稳定性和动态特性。但是鲁棒控制下的系统在稳态性能方面不能够很好的满足设计者的要求。为了达到该要求，常常需要结合其他控制器组合成复合控制器来弥补鲁棒控制器的不足。复合控制器中需要调节的参数过多、设计过程复杂、工作量大，如果设计不合理，也将使得系统稳定性和可靠性均达不到要求。

除此以外，逆变器在带载或并网的情况下，会使其直流侧两个电容出现较大振荡，导致输出波形畸变，缩短电容的使用寿命，降低系统的可靠性和稳定性。故如何保证直流侧两电容电压平衡也是急需解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种单相三电平变流系统及基于复合控制与粒子群的控制方法，用以解决采用复合控制器时参数设计不合理造成的系统稳定性和可靠性均达不到要求的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案包括：

本发明提供了一种基于复合控制与粒子群的单相三电平变流系统控制方法，所述单相三电平变流系统包括逆变电路，逆变电路的交流侧用于连接电网，该方法包括如下步骤：

1)将变流系统交流侧输出电流的参考值与变流系统交流侧输出电流的实际值作差，得到的差值分别经过鲁棒H∞控制器和谐振控制器进行闭环控制，对应得到鲁棒控制输出值和谐振控制输出值，将鲁棒控制输出值和谐振控制输出值相加得到复合控制输出值；

其中，鲁棒H∞控制器和谐振控制器的待优化参数采用粒子群算法进行迭代寻优得到，且粒子群算法的适应度函数与以下三个指标中的至少一个有关：幅值裕度、相角裕度和入网电流总谐波失真，幅值裕度在第一设定范围内越大，适应度越好，相角裕度在第二设定范围内越大，适应度越好，入网电流总谐波失真越小，适应度越好；