[发明专利]单相光伏并网逆变器的反演全局快速终端滑模控制方法

摘要

本发明公开了一种单相光伏并网逆变器的反演全局快速终端滑模控制方法，包括以下步骤，步骤一，根据电路定理和状态空间平均法建立考虑到误差干扰项的单相光伏并网逆变器数学模型；步骤二，设计反演全局快速终端滑膜控制器；步骤三，采用基于三角载波的脉冲宽度调制，将D转换成PWM信号，通过PWM信号控制单相光伏并网逆变器。本发明能够满足稳定性、鲁棒性和快速性的要求，当系统环境发生突变时，控制算法能可靠工作，使得单相光伏系统输出稳定的正弦交流电压。

主权项

单相光伏并网逆变器的反演全局快速终端滑模控制方法，所述单相光伏并网逆变器采用全桥结构，包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、电感和电容，其特征在于：包括以下步骤，步骤一，根据电路定理和状态空间平均法建立考虑到误差干扰项的单相光伏并网逆变器数学模型；考虑到误差干扰项的单相光伏并网逆变器数学模型为，$\left\{\begin{array}{c}\frac{{\mathrm{dx}}_1}{dt}=x_2\\ \frac{{\mathrm{dx}}_2}{dt}=-\frac{1}{R_L{C}_{ac}}{x}_2-\frac{1}{L_{ac}{C}_{ac}}{x}_1+\frac{2D-1}{L_{ac}{C}_{ac}}{u}_{dc}+\mathrm{\φ}\left(t\right)\end{array}\right.$其中，x₁＝u_ac，u_ac为电容两端的电压；R_L为单相光伏并网逆变器所在光伏系统的负载；C_ac为单相光伏并网逆变器中的电容；L_ac为单相光伏并网逆变器中的电感；u_dc为单相光伏并网逆变器的输入电压；D为第一开关管和第四开关管导通时间占周期的比例；误差干扰项为外界干扰，Δ₁、Δ₂为由电容和电感的参数引起的误差项；步骤二，设计反演全局快速终端滑膜控制器；设计过程为，A1)构造虚拟控制函数e₂；$e_2=x_2+c_1{e}_1-{\stackrel{\·}{u}}_{ac*}$其中，跟踪偏差$e_1=u_{ac}-u_{ac*};$c₁为一个大于零的实数；参考电压$u_{ac*}=220\sqrt{2}sin\left(100\mathrm{\π}t\right);$A2)选取李雅普诺夫函数V₁；$V_1=\frac{1}{2}{e}_1^2$V₁求导得，$\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{V}}_1=e_1{\stackrel{\·}{e}}_1=e_1\left(x_2-{\stackrel{\·}{u}}_{ac*}\right)\\ =e_1\left(e_2-c_1{e}_1+{\stackrel{\·}{u}}_{ac*}-{\stackrel{\·}{u}}_{ac*}\right)=-c_1{e}_1^2+e_1{e}_2\end{array}$如果e₂＝0，那么进行下一步设计；A3)定义滑膜面s_c；$\begin{array}{c}{s}_c=e_2+{\mathrm{\αe}}_1+{{\mathrm{\βe}}_1}^{p_2/p_1}=x_2+c_1{e}_1-{\stackrel{\·}{u}}_{ac*}+{\mathrm{\αe}}_1+{{\mathrm{\βe}}_1}^{p_2/p_1}\\ =x_2-{\stackrel{\·}{u}}_{ac*}+c_1{e}_1+{\mathrm{\αe}}_1+{{\mathrm{\βe}}_1}^{p_2/p_1}\\ ={\stackrel{\·}{e}}_1+\left(c_1+\mathrm{\α}\right)e_1+{{\mathrm{\βe}}_1}^{p_2/p_1}\end{array}$其中，α,β是滑模面常数，p₁，p₂为正奇数且p₁＞p₂；A4)重新设计李雅普诺夫函数；新的李雅普诺夫函数V′₂为$V_2^{\′}=V_1+\frac{1}{2}{s_c}^2$V′₂求导得，$\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{V}}_2^{\′}={\stackrel{\·}{V}}_1{s}_c{\stackrel{\·}{s}}_c\\ =-c_1{e_1}^2+e_1{e}_2+s_c\[-\frac{1}{R_L{C}_{ac}}{x}_2-\frac{1}{L_{ac}{C}_{ac}}{x}_1+\frac{2D-1}{L_{ac}{C}_{ac}}{u}_{dc}+\mathrm{\φ}\left(t\right)+\left(c_1+\mathrm{\α}\right){\stackrel{\·}{e}}_1-{\stackrel{\·\·}{u}}_{ac*}+\frac{p_2}{p_1}{{\mathrm{\βe}}_1}^{\frac{p_2}{p_1}-1}{\stackrel{\·}{e}}_1\];\end{array}$A5)根据李雅普诺夫稳定性理论条件构造实际控制律；$D=\frac{1}{2}\left\{1+\frac{L_{ac}{C}_{ac}}{u_{dc}}\[\frac{1}{R_L{C}_{ac}}{x}_2+\frac{1}{L_{ac}{C}_{ac}}{x}_1-\mathrm{\η}\mathrm{sgn}\left(s_c\right)-\left(c_1+\mathrm{\α}\right){\stackrel{\·}{e}}_1+{\stackrel{\·\·}{u}}_{ac*}-c_2{s}_c-\frac{s_c}{{\left|s_c\right|}^2}{e}_1{e}_2-\frac{p_2}{p_1}{{\mathrm{\βe}}_1}^{\frac{p_2}{p_1}-1}{\stackrel{\·}{e}}_1\]\right\}$其中，η≥|φ(t)|，即大于误差干扰项的上界；sgn为符号函数；步骤三，采用基于三角载波的脉冲宽度调制，将D转换成PWM信号，通过PWM信号控制单相光伏并网逆变器。