一種基于自抗擾的雙環(huán)控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種基于自抗擾的雙環(huán)控制系統(tǒng)，包括直流電壓源、逆變裝置、控制器系統(tǒng)、濾波電路，控制器系統(tǒng)包括空間矢量脈寬調(diào)制電路、自抗擾電壓控制器和電流控制器，空間矢量脈寬調(diào)制電路調(diào)制控制逆變裝置，直流電壓源經(jīng)過逆變裝置被轉(zhuǎn)換成三相交流電，再經(jīng)過濾波器濾除高次諧波，給負(fù)載供電，負(fù)載前端電壓信號(hào)與電壓給定信號(hào)輸入自抗擾電壓控制器，濾波器中電容電流信號(hào)和自抗擾電壓控制器輸出送入電流控制器，電流控制器輸出可控正弦調(diào)制信號(hào)經(jīng)過空間矢量脈寬調(diào)制電路到逆變裝置。相對(duì)于傳統(tǒng)PI控制，自抗擾控制具有較強(qiáng)的抗干擾能力，維持微電網(wǎng)在孤島模式下的穩(wěn)定運(yùn)行。
【專利說明】一種基于自抗擾的雙環(huán)控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種微電網(wǎng)控制技術(shù)，特別涉及一種基于自抗擾的雙環(huán)控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]作為可再生能源與分布式發(fā)電的有效利用形式，微電網(wǎng)技術(shù)正在成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。微電網(wǎng)是由微電源、儲(chǔ)能裝置、電力電子器件、負(fù)荷和控制系統(tǒng)組成的整體，即可并網(wǎng)運(yùn)行又可孤島運(yùn)行。
[0003]由微電源和儲(chǔ)能裝置等組成的小容量低壓微電網(wǎng)既滿足用戶對(duì)高質(zhì)量電能的需求，又能在電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)獨(dú)立運(yùn)行為微電網(wǎng)提供電壓和頻率支撐。同時(shí)，微電網(wǎng)系統(tǒng)的容量和慣性相對(duì)較小，易受到來自分布式電源和負(fù)荷波動(dòng)的影響，因此存在電能輸出間歇性和波動(dòng)性大、網(wǎng)絡(luò)潮流復(fù)雜、繼電保護(hù)和穩(wěn)定控制困難等問題。
[0004]微電網(wǎng)中恒壓恒頻(V/f)控制策略主要是在微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí)，維持微電網(wǎng)電壓和頻率的穩(wěn)定，同時(shí)能夠有效地跟隨負(fù)荷功率的變化。但是，傳統(tǒng)V/f控制策略應(yīng)用于微電網(wǎng)孤島模式時(shí)，，易受負(fù)荷波動(dòng)的影響而導(dǎo)致電壓和頻率的偏移，對(duì)微電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生影響。
[0005]考慮傳統(tǒng)V/f控制策略的局限性，對(duì)傳統(tǒng)V/f控制策略進(jìn)行改進(jìn)，將自抗擾控制技術(shù)應(yīng)用于微電網(wǎng)V/f控制策略中，實(shí)現(xiàn)了微電網(wǎng)在孤島主從模式下的頻率和電壓幅值的無差調(diào)節(jié)，以及微電網(wǎng)中功率的平衡控制，維持了微電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型是針對(duì)傳統(tǒng)微電網(wǎng)恒壓恒頻控制受電網(wǎng)電壓、負(fù)荷波動(dòng)影響較大的問題，提出一種基于自抗擾技術(shù)的雙環(huán)控制系統(tǒng)，相對(duì)于傳統(tǒng)PI控制，自抗擾控制具有較強(qiáng)的抗干擾能力，維持微電網(wǎng)在孤島模式下的穩(wěn)定運(yùn)行。
[0007]本實(shí)用新型的技術(shù)方案為:一種基于自抗擾的雙環(huán)控制系統(tǒng)，包括直流電壓源、逆變裝置、控制器系統(tǒng)、濾波電路，控制器系統(tǒng)包括空間矢量脈寬調(diào)制電路、自抗擾電壓控制器和電流控制器，空間矢量脈寬調(diào)制電路調(diào)制控制逆變裝置，直流電壓源經(jīng)過逆變裝置被轉(zhuǎn)換成三相交流電，再經(jīng)過濾波器濾除高次諧波，給負(fù)載供電，負(fù)載前端電壓信號(hào)與電壓給定信號(hào)輸入自抗擾電壓控制器，濾波器中電容電流信號(hào)和自抗擾電壓控制器輸出送入電流控制器，電流控制器輸出可控正弦調(diào)制信號(hào)經(jīng)過空間矢量脈寬調(diào)制電路到逆變裝置。
[0008]所述電流控制器采集濾波器中電容電流信號(hào)電容電流信號(hào)和自抗擾電壓控制器輸出信號(hào)，進(jìn)入電流控制器內(nèi)環(huán)P調(diào)節(jié)器，P調(diào)節(jié)器輸出可控正弦調(diào)制信號(hào)。
[0009]本實(shí)用新型的有益效果在于:本實(shí)用新型基于自抗擾的雙環(huán)控制系統(tǒng)，維持微電網(wǎng)在孤島模式下的穩(wěn)定運(yùn)行。此控制器具有一般性的意義，適用范圍廣，對(duì)復(fù)雜非線性被控對(duì)象的控制提供了新的思路?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0010]圖1為本實(shí)用新型基于自抗擾的雙環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0011]圖2為本實(shí)用新型自抗擾的雙環(huán)控制結(jié)構(gòu)圖；
[0012]圖3為本實(shí)用新型二階線性自抗擾電壓控制結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]本實(shí)用新型基于自抗擾的雙環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，實(shí)現(xiàn)了微電網(wǎng)在孤島主從模式下的頻率和電壓幅值的無差調(diào)節(jié)，以及微電網(wǎng)中功率的平衡控制，維持了微電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。本實(shí)用新型目的是控制微電源的輸出電壓幅值和頻率，為微電網(wǎng)系統(tǒng)提供電壓和頻率參考，同時(shí)也能很好響應(yīng)負(fù)荷功率的變化。如圖1所示基于自抗擾的雙環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，采用電壓電流雙環(huán)控制方案。外環(huán)采樣自抗擾電壓控制器保證輸出電壓的穩(wěn)定；內(nèi)環(huán)采樣電流控制器能夠及時(shí)跟蹤電流信號(hào)，加快逆變器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程，保證電能質(zhì)量的要求。由于電容電流對(duì)負(fù)荷擾動(dòng)具有較好的抑制作用，故采用電容電流內(nèi)環(huán)電壓外環(huán)控制。
[0014]系統(tǒng)包括直流電壓源、逆變裝置、控制器系統(tǒng)、濾波電路、負(fù)荷，控制器系統(tǒng)包括空
間矢量脈寬調(diào)制電路、自抗擾電壓控制器和電流控制器，表示直流電壓源，直流電壓源經(jīng)過被空間矢量脈寬調(diào)制電路SVPWM調(diào)制逆變裝置轉(zhuǎn)換成三相交流電，再經(jīng)過IC濾波器濾除高次諧波，給負(fù)載供電為濾波電感；為濾波電容；々為濾波電阻；Zln為線路阻
抗；z為負(fù)載；rJ1、Ii分別為逆變器輸出電壓和濾波電感上的電流；Id為濾波電容電流；Jlra.為負(fù)載和網(wǎng)電流之和'Ulni為負(fù)載電壓JJb.、U2i分別為開關(guān)點(diǎn)兩側(cè)的電壓。U為給定信號(hào)；I為自抗擾電壓控制器輸出電流信號(hào)。V為作為控制量的可控正弦調(diào)制信號(hào)。負(fù)載前端電壓信號(hào)Ulni與電壓給定信號(hào)U進(jìn)入自抗擾電壓控制器，采集的電容電流信號(hào)I。和自
抗擾電壓控制器輸出I進(jìn)入電流控制器內(nèi)環(huán)P調(diào)節(jié)器，P調(diào)節(jié)器輸出經(jīng)過空間矢量脈寬調(diào)制電路到逆變裝置。
[0015]如圖2所示自抗擾的雙環(huán)控制結(jié)構(gòu)圖，電流內(nèi)環(huán)采用電容電流瞬時(shí)值比例控制，同時(shí)加入電壓前饋環(huán)節(jié)，以抑制逆變器輸出電壓對(duì)微電網(wǎng)的影響。其中，h為電壓給定
信號(hào)；R為輸出電壓信號(hào)；為電流給定信號(hào)；iiM為電感電流信號(hào)-Jcn為電容電流
信號(hào)；I一與i饑比較經(jīng)電流P調(diào)節(jié)器后形成控制量; K麗為逆變器傳遞函數(shù)”力
逆變器輸出電壓信號(hào) 為電吝“力電感“ο,為電流擾動(dòng)信號(hào)，CS是電壓前饋環(huán)節(jié)4是復(fù)頻域變量；TD是中間微分時(shí)間常數(shù)；LES0是擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器。
[0016]如圖3所示二階線性自抗擾電壓控制結(jié)構(gòu)圖，針對(duì)自抗擾控制器參數(shù)整定的復(fù)雜性，提出一種線性化的自抗擾控制器。其中，u為輸入-為輸出；m為外部擾動(dòng)；
Kp = ; Kd = -2wf ; We = 2W0 ; Wp是觀測(cè)器的帶寬，％是控制器的帶寬，Uq是控制量，么表示輸入信號(hào)的系數(shù)矩陣。2 =4；r表示觀測(cè)器的狀態(tài)向量，LESO是擴(kuò)張狀
態(tài)觀測(cè)器。
[0017]輸入信號(hào)&經(jīng)過線性自抗擾控制結(jié)構(gòu)，輸出的控制量崎進(jìn)入被控對(duì)象，被控對(duì)象的狀態(tài)向量經(jīng)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器生成觀測(cè)器的狀態(tài)向量Z = h Z3Jr反饋回自抗擾控
制部分。二階線性自抗擾控制器只需要調(diào)節(jié)外，K，知三個(gè)參數(shù)，大大簡(jiǎn)化了控制器的參數(shù) 整定過程。
【權(quán)利要求】
1.一種基于自抗擾的雙環(huán)控制系統(tǒng)，其特征在于，包括直流電壓源、逆變裝置、控制器系統(tǒng)、濾波電路，控制器系統(tǒng)包括空間矢量脈寬調(diào)制電路、自抗擾電壓控制器和電流控制器，空間矢量脈寬調(diào)制電路調(diào)制控制逆變裝置，直流電壓源經(jīng)過逆變裝置被轉(zhuǎn)換成三相交流電，再經(jīng)過濾波器濾除高次諧波，給負(fù)載供電，負(fù)載前端電壓信號(hào)與電壓給定信號(hào)輸入自抗擾電壓控制器，濾波器中電容電流信號(hào)和自抗擾電壓控制器輸出送入電流控制器，電流控制器輸出可控正弦調(diào)制信號(hào)經(jīng)過空間矢量脈寬調(diào)制電路到逆變裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于自抗擾的雙環(huán)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電流控制器采集濾波器中電容電流信號(hào)電容電流信號(hào)和自抗擾電壓控制器輸出信號(hào)，進(jìn)入電流控制器內(nèi)環(huán)P調(diào)節(jié)器，P調(diào)節(jié)器輸出可控正弦調(diào)制信號(hào)。
【文檔編號(hào)】H02J3/00GK203536959SQ201320653458
【公開日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2013年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月23日
【發(fā)明者】朱昊, 韋鋼, 陳巖, 翟春榮 申請(qǐng)人:上海電力學(xué)院