一種逆變器的復合控制方法技術

一種逆變器的復合控制方法，復合使用比例微分和重復控制兩種既有控制方法，使逆變器的輸出達到使用要求，包含以下步驟：S1、獲取逆變器的拓撲結構，建立計算模型；S2、根據S1所得出的計算模型計算逆變器的傳遞函數P（s）；S3、根據一般PID控制原理計算系統負反饋誤差E（s）；S4、構造一般負反饋PID控制器傳遞函數G（s）；S5、構造重復控制器傳遞函數H（s）；S6、用重復控制器H（s）代替PID控制器中的積分（I）控制部分。本發明專利技術的復合控制系統綜合了比例微分控制器對于干擾反應迅速的優點和重復控制穩態誤差小的優點；在重復控制部分引入相位補償設計，相比單獨的比例微分控制和重復控制具有更好的控制效果。

Composite control method for inverter

The composite control method of inverter, using composite proportion differential and repetitive control two control methods, so that the output of the inverter can meet the operating requirements, which comprises the following steps: S1, get the topological structure of inverter, a calculating model is established; S2, according to S1 the calculation of the transfer function model of P inverter is calculated (s S3, PID); according to the general principle of negative feedback control system to calculate the error of E (s); S4, general structure of negative feedback PID controller transfer function G (s, S5); structure of repetitive controller transfer function H (s); S6, H (s) with repetitive controller integration instead of the PID controller (I) control part. Composite control system of the invention integrates the advantages of PID controller for interference rapid response and repetitive control advantages of small steady-state error; in the repetitive control phase compensation design, compared with separate proportional differential control and repetitive control has better control effect.

【技術實現步驟摘要】
一種逆變器的復合控制方法
本專利技術涉及太陽能發電和無間斷電源等系統中的逆變
，具體涉及一種逆變器的復合控制方法。
技術介紹
能源互聯網是未來能源發展的方向，以電力網絡為骨干網架，綜合利用各種清潔能源，涵蓋燃氣網、熱網、交通網等各種能源網絡，實現能源高效利用。而太陽能的利用是能源互聯網的重要能量來源，太陽能發電技術已經越來越成熟，不僅可以用于大規模的集中式光伏發電基地，對高壓電力網絡進行供電，也可以用于小型分布式的能源系統，實現能源的就地消納。能源互聯網中的儲能系統也承擔著重要的角色，電池儲能在電力供應多余的時候充電儲存電能，在電力供應緊張的時候放能，保證系統的穩定。在太陽能利用以及電池放電過程中，都需要直流轉換交流，也就是逆變器。逆變器包括單相逆變器和三相逆變器。逆變器最基本的功能就是將直流轉換成所需要的交流電壓，并且保證總諧波(THD)足夠小，滿足負荷的需要。逆變器主要通過正弦脈寬調制技術(SPWM)實現。為了使逆變器的輸出達到要求，就需要一些合適的控制方法。目前逆變器的控制方法有很多種，包括一些比較經典的控制方法比如比例積分微分控制(PID)，還有重復控制，無差拍控制，滑模變結構控制，模糊控制等。PID是比較傳統的控制方法，優點是設計簡單，對于外部干擾反應迅速，動態性能好，魯棒性好，缺點是存在一定的穩態誤差。重復控制是基于內模原理，能夠很好的跟蹤信號，理論上實現零穩態誤差，缺點是對于干擾存在一定的反應延時，所以動態性能并不太好。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服上述單獨PID控制和單獨重復控制的缺點，復合使用PID控制方法和重復控制方法，形成一種新的比例微分－重復控制的復合控制方法，此方法結合了兩者的優點又能避免各自的缺點。一種逆變器的復合控制方法，復合使用PID控制和重復控制兩種既有控制方法，使逆變器的輸出達到使用要求，其特征是，包含以下步驟：S1、獲取逆變器的拓撲結構，建立計算模型；S2、根據S1所得出的計算模型計算逆變器的傳遞函數P(s)；S3、根據一般PID控制原理計算系統負反饋誤差E(s)；S4、構造一般負反饋PID控制器傳遞函數G(s)；S5、構造重復控制器傳遞函數H(s)；S6、用重復控制器H(s)代替PID控制器中的積分(I)控制部分。上述的一種逆變器的復合控制方法，其中，在步驟S6后，還包含：S7、對復合控制系統進行穩定性及誤差分析，并仿真驗證。上述的一種逆變器的復合控制方法，其中，所述步驟S3中，誤差函數E(s)定義為：E(s)＝Ur(s)-Uo(s)其中，Uo(s)為逆變器輸出電壓，Ur(s)為PID控制器輸入端的參考輸入電壓，是逆變器期望達到的一個輸出為常量。E(s)是PID控制器的輸入函數。上述的一種逆變器的復合控制方法，其中，所述步驟S4中的PID控制器的輸入端e(t)與輸出ug(t)的關系為：其中，Kp為比例參數，Ki為積分參數，Kd為微分參數，亦即PID控制函數由比例(P)、積分(I)、微分(D)三部分組成。由此可知，PID控制器的傳遞函數的頻域表達式為：上述的一種逆變器的復合控制方法，其中，所述PID控制器參數按以下步驟確定：第一步：根據實際的逆變器傳遞函數，結合PID控制器的傳遞函數G(s)推導出實際傳遞函數的特征方程D(s)，從中獲取主導極點；第二步：根據主導極點建立理想傳遞函數的特征方程Dr(s)，并求解；第三步：比較實際的特征方程D(s)＝0與目標特征方程Dr(s)＝0，得到方程組，通過求解得到PID參數Kp、Ki、Kd。上述的一種逆變器的復合控制方法，其中，所述步驟S5具體包括以下步驟：S51、在重復控制部分的正反饋支路上增加一個增益略小于1的低通濾波器Q(s)，傳遞函數為H’(s)，為使系統穩定，必須滿足：|Q(s)|<|1+P(s)|；S52、在逆變器的前向通路上添加一個相位超前補償器C(s)，H’(s)相應的修正為H(s)；相應地，系統穩定條件修正為：|Q(s)|<|1+P(s)*C(s)|；S53、選取C(s)的參數，對照波特圖檢驗系統的穩定性。上述的一種逆變器的復合控制方法，其中，所述步驟S7具體包含以下步驟：S71、討論誤差E(s)與干擾D(s)之間的關系；S72、根據S71得出的關系式，提取抗干擾能力的特征方程；S73、根據S72的特征方程畫出波特圖，初步驗證系統穩定性；S74、仿真驗證系統穩定性。與現有的單一逆變器技術相比，該復合控制能夠比PID控制器有更小的穩態誤差，同時與重復控制器相比，它受到較大的干擾之后，能夠更快地恢復到穩定的狀態，并且THD也更小。附圖說明圖1為逆變器的電路拓撲結構圖。圖2為逆變器的方框圖。圖3為一般PID控制系統方框圖。圖4為重復控制系統方框圖。圖5為添加相位補償器后的重復控制系統方框圖。圖6為比例微分－重復控制的復合控制系統方框圖。圖7為復合控制系統穩定性驗證的波特圖。圖8為加入PID控制器前后的開環傳遞函數的波特圖。圖9為逆變器PID控制系統FFT分析。圖10a為Q(s)和1+P(s)的波特圖。圖10b為Q(s)和1+P(s)*C(s)的波特圖。圖11為逆變器重復控制系統的輸出波形的FFT分析。圖12為復合控制系統的FFT分析。具體實施方式以下結合附圖，通過詳細說明一個較佳的具體實施例，對本專利技術做進一步闡述。本實施例通過對如圖1所示的單相逆變器網絡進行說明。如圖1所示，E表示直流電壓源，在分布式系統里，可以是光伏太陽能板產生的直流電壓源，也可以是儲能電池代替的直流電源。S1到S4是四個控制開關，可以是MOSFET或者IGBT，它們構成了逆變橋。右半邊部分是LC低通濾波電路，L表示濾波電感，r表示等效的電阻，C表示濾波電容，Load表示負荷，Ui是電源E經過逆變橋后產生的電壓，Uo代表逆變器的輸出電壓。開環時Ui直接由參考電壓Ur通過正弦脈寬調制技術，控制S1到S4，四個開關而產生，在閉環的時候，由參考電壓Ur與輸出Uo之間的誤差E(s)，通過一定的控制運算后再通過正弦脈寬調制技術，控制S1到S4，四個開關而產生。輸入Ui與輸出Uo的在頻域的關系如下：根據對圖1的拓撲分析，計算出逆變器的傳遞函數根據式(2)可以得到圖2所示的逆變器負反饋方框圖。圖中io是輸出端接了負載之后產生的電流，設計逆變器的時候，因為沒有負載的時候阻尼最小，最容易振蕩，所以設計時考慮空載情況，在檢驗逆變器性能的時候，突加負載電流作為系統干擾。如圖3所示，畫出一般PID控制器的原理框圖，圖中Ur為參考值，Uo是輸出端實際的值，P、I、D三個方框分別代表PID控制中的比例、積分、微分三個部分，P(s)代表式(2)所示的傳遞函數。圖中的系統負反饋誤差E(s)：E(s)＝Ur(s)-Uo(s)其中，Uo(s)為逆變器輸出電壓，Ur(s)為PID控制器輸入端的參考輸入電壓。PID控制器的輸入函數為E(s)。PID控制器的輸入端和輸出端在時域的函數關系為：其中，Kp為比例參數，Ki為積分參數，Kd為微分參數，亦即PID控制函數由比例(P)、積分(I)、微分(D)三部分組成；由此可知，PID控制器的傳遞函數的頻域表達式為：根據本實施例的具體電路關系，可以計算出輸出電壓Uo與參考電壓的Ur之間的關系式：由式(5)得到實際傳遞函本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種逆變器的復合控制方法，復合使用比例微分和重復控制兩種既有控制方法，使逆變器的輸出達到使用要求，其特征在于，包含以下步驟：S1、獲取逆變器的拓撲結構，建立計算模型；S2、根據S1所得出的計算模型計算逆變器的傳遞函數P(s)；S3、根據一般PID控制原理計算系統負反饋誤差E(s)；S4、構造一般負反饋PID控制器傳遞函數G(s)；S5、構造重復控制器傳遞函數H(s)；S6、用重復控制器H(s)代替PID控制器中的積分(I)控制部分。

【技術特征摘要】
1.一種逆變器的復合控制方法，復合使用比例微分和重復控制兩種既有控制方法，使逆變器的輸出達到使用要求，其特征在于，包含以下步驟：S1、獲取逆變器的拓撲結構，建立計算模型；S2、根據S1所得出的計算模型計算逆變器的傳遞函數P(s)；S3、根據一般PID控制原理計算系統負反饋誤差E(s)；S4、構造一般負反饋PID控制器傳遞函數G(s)；S5、構造重復控制器傳遞函數H(s)；S6、用重復控制器H(s)代替PID控制器中的積分(I)控制部分。2.如權利要求1所述的一種逆變器的復合控制方法，其特征在于，在步驟S6后，還包含：S7、對復合控制系統進行穩定性及誤差分析，并仿真驗證。3.如權利要求1所述的一種逆變器的復合控制方法，其特征在于，所述步驟S3中，誤差函數E(s)定義為：E(s)＝Ur(s)-Uo(s)其中，Uo(s)為逆變器輸出電壓，Ur(s)為PID控制器輸入端的參考輸入電壓。4.如權利要求1所述的一種逆變器的復合控制方法，其特征在于，所述步驟S4中的PID控制器的輸入端e(t)與輸出ug(t)的關系為：其中，Kp為比例參數，Ki為積分參數，Kd為微分參數，亦即PID控制函數由比例(P)、積分(I)、微分(D)三部分組成；由此可知，PID控制器的傳遞函數的頻域表達式為：

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳正驊，閭文浩，徐文進，李少華，賈建軍，嚴正，蔣文超，劉揚，韓冬，胡佳怡，
申請(專利權)人：國網上海市電力公司，上海交通大學，
類型：發明
國別省市：上海,31