專利名稱：針對四橋臂光伏逆變器中線臂控制模型的直流側(cè)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)涉及一種針對四橋臂光伏逆變器中線臂控制模型的直流側(cè)控制方法，屬光伏 并網(wǎng)系統(tǒng)控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著不可再生能源的消耗、環(huán)境形勢的苛刻、以及能源需求的持續(xù)上升，新能源技 術(shù)作為人類未來發(fā)展的一種切實可行的能源解決途徑，得到了廣泛的關(guān)注。光伏并網(wǎng)系統(tǒng) 是太陽能發(fā)電技術(shù)應(yīng)用的有效平臺。適用于低壓配電網(wǎng)的光伏并網(wǎng)逆變器，通常需要獲取 零線。獲取中線的方式中，使用四橋臂光伏逆變器較三橋臂光伏逆變器有更強的零序補償 能力，并更適合于采用先進的控制方法，平衡直流側(cè)中點電位，從而有效抑制其中線電流， 改善系統(tǒng)工作性能。常用的中點電位的平衡方法有1)采用多路獨立直流源；2)采用平衡電阻，將直 流側(cè)電容電壓中點與中性線相連；3)選擇矢量調(diào)制作用時間和順序。其中方法1)增加了 裝置體積和能耗；方法2)結(jié)構(gòu)簡單但效果較差；方法3)使用時具有一定的局限性，例如某 些特殊的PWM調(diào)制方案，都僅適用于多電平逆變器不接中線。而通過設(shè)置獨立的中線臂，將 中線臂中點與直流側(cè)中點相連來控制中點輸入和輸出電流的方法，中線臂可以獨立控制且 大部分的中線電流將主要通過中線臂的開關(guān)器件，有效降低了直流側(cè)電容容量。利用經(jīng)典控制理論來控制中線臂，必須采用充分大的幅值增益和相位裕度，才能 使反饋系統(tǒng)在較大擾動時，仍保持系統(tǒng)性能并有效抑制干擾；而且其無法直接應(yīng)用于多輸 入多輸出系統(tǒng)。H c 是現(xiàn)代控制理論中的設(shè)計多變量輸入輸出(MIMO)魯棒控制系統(tǒng)的一種 方法，H⑴控制理論作為現(xiàn)代魯棒控制理論的重要方法，具有克服不確定性的影響、同時維 持系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、提高控制精度、系統(tǒng)抗干擾性能等優(yōu)勢，且對多輸入多輸出系統(tǒng)使用 沒有額外要求。本發(fā)明首次提出使用H⑴控制方法來對四橋臂光伏逆變器中線控制模型直 流側(cè)中點平衡的進行控制，實現(xiàn)了相應(yīng)廣義被控對象P，給出了 H⑴控制器的設(shè)計方法，加 權(quán)函數(shù)的選擇方法。本發(fā)明屬于科技發(fā)展過程中可以理解的技術(shù)改進范圍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，針對四橋臂光伏逆變器采用經(jīng)典控制理論來控制中線臂存在的 問題，本發(fā)明采用一種直流側(cè)中點平衡控制方法及控制器設(shè)計方法，確保在較大中線電流 時，仍能保持光伏逆變器直流側(cè)中點的穩(wěn)定，改善光伏逆變器的性能。本發(fā)明的技術(shù)方案是，本發(fā)明采用一種適用于四橋臂光伏逆變器中線臂控制模型 的直流側(cè)中點平衡控制方法，其中中線臂控制模型包括光伏直流輸入、穩(wěn)壓電容，直流升壓 電路，直流側(cè)平波及儲能的兩組電容、兩個串聯(lián)的等效的等值泄放電阻、一個連接中線臂中 點與電容組中點的中線電感，以及中線臂。所述方法包括直流側(cè)中點電壓平衡H c 控制建 模及H c 控制器設(shè)計、廣義被控對象P的實現(xiàn)、閉環(huán)傳遞函數(shù)的實現(xiàn)和加權(quán)函數(shù)的選擇。所述方法采用H⑴控制方法設(shè)計H c 控制器，以中線臂開關(guān)函數(shù)一個開關(guān)周期內(nèi)信號的平均值P作為控制變量，使得從輸入中線電流iN、測量誤差η、等效外界擾動Vtl到輸 出兩個電容相對于中性點電壓之和的一半Vare、中線臂中點電壓uN的H無窮范數(shù)最小。本發(fā)明提出一種適用于上述模型的直流側(cè)中點電壓平衡控制方法。其控制的目標(biāo) 是保障測量誤差η、等效外界擾動Vtl以及較大的中線電流‘都對兩個電容相對于中性點電 壓之和的一半Vave影響很小，由于電容組中點電壓\ = Vave-V0,也就確保了直流側(cè)中點電壓 的平衡。本發(fā)明為克服中線臂控制過程中不確定性的影響、同時維持系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、 提高控制精度、系統(tǒng)抗干擾性能等，采用H⑴控制方法對中線臂進行控制。以iN、Vc為初始 狀態(tài)變量；中線臂開關(guān)函數(shù)一個開關(guān)周期內(nèi)信號的平均值P為控制變量u ；iN>以及與n、V0 分別成線性關(guān)系的In、I0作為輸入《，得到狀態(tài)方程；以Vare、uN分別與加權(quán)函數(shù)Wv、Wu的乘 積作為輸出ζ ；以由檢測環(huán)節(jié)得到的電容支路電流、，經(jīng)過低通濾波環(huán)節(jié)F(s)，并疊加η得
權(quán)利要求
一種針對四橋臂光伏逆變器中線臂控制模型的直流側(cè)控制方法，其中中線臂控制模型包括直流側(cè)平波及儲能的兩組電容、兩個串聯(lián)的等效的等值泄放電阻、一個連接中線臂中點與電容組中點的中線電感中線臂，其特征在于，所述方法包括直流側(cè)中點電壓平衡H∞控制建模及H∞控制器設(shè)計、廣義被控對象P的實現(xiàn)、閉環(huán)傳遞函數(shù)的實現(xiàn)和加權(quán)函數(shù)的選擇；所述方法采用H∞控制方法設(shè)計H∞控制器，以中線臂開關(guān)函數(shù)一個開關(guān)周期內(nèi)信號的平均值p作為控制變量，使得從輸入中線電流iN、測量誤差n、等效外界擾動V0到輸出兩個電容相對于中性點電壓之和的一半Vave、中線臂中點電壓uN的H無窮范數(shù)最小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對四橋臂光伏逆變器中線臂控制模型的直流側(cè)控制方法， 其特征在于，所述廣義被控對象P的實現(xiàn)方法為，所述H⑴控制器以iN、電容組中點電壓V。 為初始狀態(tài)變量；P為控制變量u ； iN、以及與n、V0分別成線性關(guān)系的In、I0作為輸入w，得 到狀態(tài)方程；以Vare、uN分別與加權(quán)函數(shù)WV、WU的乘積作為輸出ζ ；以由檢測環(huán)節(jié)得到的電容 支路電流ie，經(jīng)過低通濾波環(huán)節(jié)F(s)，并疊加η得到的Vi、以及Vare為輸出y，廣義被控對象 P滿足
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對四橋臂光伏逆變器中線臂控制模型的直流側(cè)控制方法， 其特征在于，所述閉環(huán)傳遞函數(shù)為由H C 控制算法求得的從W' = [iN Vtl !！？到^ = [Vave %]τ的閉環(huán)傳遞函數(shù)，由MATLAB計算得到最優(yōu)控制器K= [Kv Ki]，將其任何大于IOOOOrad/ s轉(zhuǎn)折頻率的零極點均由一比例系數(shù)代替，得到降階控制器&。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對四橋臂光伏逆變器中線臂控制模型的直流側(cè)控制方法， 其特征在于，所述加權(quán)函數(shù)Wv、Wu的選擇為，Wv在有效擾動頻率范圍處取值大，在高頻處 取值小；WU在低頻時值小，高頻處值大；設(shè)定其下限頻率為W1 = lrad/s，上限頻率為Wh = 10000rad/so
全文摘要
一種針對四橋臂光伏逆變器中線臂控制模型的直流側(cè)控制方法，該中線臂控制模型，包括光伏直流輸入、穩(wěn)壓電容，直流升壓電路，兩組逆變側(cè)儲能電容、兩個串聯(lián)的等效的等值泄放電阻、一個中線電感以及中線臂。本發(fā)明公開了其適用的一種直流側(cè)中點平衡控制方法及控制器設(shè)計方法，以中線臂開關(guān)函數(shù)一個開關(guān)周期內(nèi)信號的平均值作為控制變量，采用H∞控制方法設(shè)計H∞控制器，使得從輸入中線電流、測量誤差、等效外界擾動到輸出兩個電容相對于中性點電壓之和的一半、中線臂中點電壓的H無窮范數(shù)最小；給出了相應(yīng)的廣義被控對象的實現(xiàn)、控制器結(jié)構(gòu)、相應(yīng)加權(quán)函數(shù)選擇方法。本發(fā)明可確保在較大中線電流時，仍能保持四橋臂光伏逆變器直流側(cè)中點的穩(wěn)定。
文檔編號H02M7/5387GK101976850SQ20101050290
公開日2011年2月16日 申請日期2010年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月11日
發(fā)明者羅安, 肖紅霞, 范瑞祥 申請人:江西省電力科學(xué)研究院