本發(fā)明涉及變換器直流母線電壓控制領(lǐng)域，特別是基于非線性干擾觀測(cè)器的直流母線電壓前饋控制方法。

背景技術(shù)：

1、近年來(lái)，光伏發(fā)電系統(tǒng)裝機(jī)容量不斷提升，并網(wǎng)逆變器作為可再生能源與電網(wǎng)的接口裝置，其控制性能的性能直接影響系統(tǒng)輸出電能質(zhì)量和運(yùn)行效率。根據(jù)主回路中能量變換環(huán)節(jié)的個(gè)數(shù)，光伏并網(wǎng)系統(tǒng)可分為單級(jí)式、兩級(jí)式和多級(jí)式，其中應(yīng)用最廣泛的是兩級(jí)式結(jié)構(gòu)。對(duì)于兩級(jí)式光伏并網(wǎng)逆變器，除了要實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤(maximum?power?pointtracking，mppt)和對(duì)并網(wǎng)電流進(jìn)行控制外，還必須將連接前后級(jí)的母線電容電壓控制在合理范圍內(nèi)。該電壓過(guò)高會(huì)觸發(fā)保護(hù)裝置動(dòng)作，過(guò)低將導(dǎo)致功率從電網(wǎng)側(cè)流向直流側(cè)。一般來(lái)說(shuō)，兩級(jí)式光伏并網(wǎng)逆變器母線電壓都是通過(guò)后級(jí)逆變器來(lái)調(diào)節(jié)的，同時(shí)維持前后級(jí)間的功率和能量平衡，就能確保前級(jí)母線電壓穩(wěn)定。因此，后級(jí)逆變器的控制是整個(gè)光伏逆變系統(tǒng)控制的核心。為了提高直流母線電壓控制的動(dòng)態(tài)性，傳統(tǒng)的方法主要是基于負(fù)載或源功率的前饋，這就需要額外的電壓電流傳感器以及嚴(yán)格的遠(yuǎn)程測(cè)量或通信。

2、傳統(tǒng)抑制直流母線電壓暫態(tài)擾動(dòng)的方法都是前饋控制，以光伏發(fā)電系統(tǒng)失配的電流或功率信息作為擾動(dòng)信號(hào)前饋到雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)中，直接跟蹤擾動(dòng)電流或功率，以減小母線電壓波動(dòng)。但是上述前饋控制方法一般需要額外的傳感器，用以測(cè)量前饋擾動(dòng)量，這不僅增加了成本，且降低了運(yùn)行的可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于現(xiàn)有的基于非線性干擾觀測(cè)器的直流母線電壓前饋控制方法中存在的問(wèn)題，提出了本發(fā)明。

2、因此，本發(fā)明所要解決的問(wèn)題在于光伏并網(wǎng)系統(tǒng)輸出功率的強(qiáng)隨機(jī)性和波動(dòng)性，光伏發(fā)電輸出功率波動(dòng)導(dǎo)致直流母線電壓波動(dòng)幅度較大的問(wèn)題。

3、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

4、第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了基于非線性干擾觀測(cè)器的直流母線電壓前饋控制方法，其包括，基于光伏并網(wǎng)逆變器輸入輸出光伏并網(wǎng)系統(tǒng)直流母線電容電壓的微分方程。基于微分方程對(duì)系統(tǒng)中的擾動(dòng)進(jìn)行觀測(cè)，設(shè)計(jì)非線性干擾觀測(cè)器?；诜蔷€性干擾觀測(cè)器輸出，經(jīng)改進(jìn)前饋控制的電壓環(huán)，生成電流內(nèi)環(huán)參考值。

5、作為本發(fā)明所述基于非線性干擾觀測(cè)器的直流母線電壓前饋控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述光伏并網(wǎng)逆變器電路采用兩級(jí)式拓?fù)?，前?jí)經(jīng)由boost電路連接到母線電容兩端，通過(guò)mppt算法控制pv單元，使其輸出最大功率；后級(jí)逆變電路由三相電壓源型pwm逆變器、濾波電感、等效電阻和電網(wǎng)組成。

6、作為本發(fā)明所述基于非線性干擾觀測(cè)器的直流母線電壓前饋控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述光伏并網(wǎng)系統(tǒng)直流母線電容電壓的動(dòng)態(tài)微分方程為：

7、

8、其中，c為直流母線電容；udc、ipv、idc分別為直流母線電壓、光伏機(jī)組輸出直流電流、dc-ac變換器輸入直流電流；d-q坐標(biāo)中電網(wǎng)電壓ui(i＝d,q)、電網(wǎng)側(cè)電流ii(i＝d,q)和逆變器輸出電壓uci(i＝d,q)的關(guān)系表示為，

9、

10、光伏發(fā)電功率與交流網(wǎng)之間傳遞的有功功率pg表示為，

11、pg＝udcidc＝1.5udid?(3)

12、作為本發(fā)明所述基于非線性干擾觀測(cè)器的直流母線電壓前饋控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：結(jié)合式(1)～(3)得直流母線電壓控制系統(tǒng)的方程，表示為，

13、

14、定義：

15、

16、其中x1和x2為狀態(tài)變量，u為控制輸入，d(t)為擾動(dòng)，y為輸出；則式(4)的直流母線電壓控制系統(tǒng)的方程重新表示為，

17、

18、其中，

19、作為本發(fā)明所述基于非線性干擾觀測(cè)器的直流母線電壓前饋控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：對(duì)所述擾動(dòng)進(jìn)行觀測(cè)，表示為，

20、

21、其中，z為ndo的中間狀態(tài)量；為擾動(dòng)量的估計(jì)值；p(x)為設(shè)計(jì)的觀測(cè)函數(shù)，表示為，

22、p(x)＝l1x1+l2x2?(8)

23、觀測(cè)器增益通過(guò)l(x)獲得，l(x)表示為，

24、

25、作為本發(fā)明所述基于非線性干擾觀測(cè)器的直流母線電壓前饋控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：則所述非線性干擾觀測(cè)器表示為，

26、

27、其中，為擾動(dòng)的估計(jì)值。

28、作為本發(fā)明所述基于非線性干擾觀測(cè)器的直流母線電壓前饋控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述電流內(nèi)環(huán)參考值是基于改進(jìn)前饋控制的電壓環(huán)生成，即將干擾觀測(cè)器的輸入經(jīng)過(guò)前饋函數(shù)后輸入到電壓環(huán)輸入生成電流內(nèi)環(huán)參考值，所述前饋函數(shù)gch(s)表示為，

29、

30、其中，kipd為電流內(nèi)環(huán)比例系數(shù)，k為變流器增益。

31、第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了基于非線性干擾觀測(cè)器的直流母線電壓前饋控制系統(tǒng)，其包括：構(gòu)建模塊，建立光伏并網(wǎng)逆變器輸出微分方程用于表征非線性系統(tǒng)模型。設(shè)計(jì)模塊，根據(jù)輸入輸出的微分方程設(shè)計(jì)非線性干擾觀測(cè)器。輸出模塊，用于將干擾觀測(cè)器的輸入經(jīng)過(guò)前饋函數(shù)后輸入到電壓環(huán)后前饋輸出

32、第三方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其中：所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)上述的基于非線性干擾觀測(cè)器的直流母線電壓前饋控制方法的任一步驟。

33、第四方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其中：所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述的基于非線性干擾觀測(cè)器的直流母線電壓前饋控制方法的任一步驟。

34、本發(fā)明有益效果為在不需要增加額外電壓/電流傳感器的情況下即可實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏板輸出功率擾動(dòng)進(jìn)行快速跟蹤，為電壓環(huán)的前饋控制提供參考，此外，本發(fā)明在傳統(tǒng)的電壓環(huán)pi控制環(huán)節(jié)上添加前饋函數(shù)，前饋函數(shù)為一階微分環(huán)節(jié)，能有效補(bǔ)償dc-ac電流環(huán)控制響應(yīng)及觀測(cè)器收斂速度導(dǎo)致的延時(shí)；由于不需要額外的電壓/電流傳感器，便有利于直流側(cè)分布式電源和負(fù)荷的擴(kuò)展和即插即用；基于非線性干擾觀測(cè)器輸出結(jié)果的直流母線電壓前饋控制方法能有效抑制各種暫態(tài)工況對(duì)直流母線電壓造成的沖擊，顯著提高直流母線電壓控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能。

技術(shù)特征：

1.基于非線性干擾觀測(cè)器的直流母線電壓前饋控制方法，其特征在于：包括，

2.如權(quán)利要求1所述的基于非線性干擾觀測(cè)器的直流母線電壓前饋控制方法，其特征在于：所述光伏并網(wǎng)逆變器的電路采用兩級(jí)式拓?fù)?，前?jí)經(jīng)由boost電路連接到母線電容兩端，通過(guò)mppt算法控制pv單元，使其輸出最大功率；后級(jí)逆變電路由三相電壓源型pwm逆變器、濾波電感、等效電阻和電網(wǎng)組成。

3.如權(quán)利要求2所述的基于非線性干擾觀測(cè)器的直流母線電壓前饋控制方法，其特征在于：所述光伏并網(wǎng)系統(tǒng)直流母線電容電壓的動(dòng)態(tài)微分方程為：

4.如權(quán)利要求3所述的基于非線性干擾觀測(cè)器的直流母線電壓前饋控制方法，其特征在于：結(jié)合式(1)～(3)得直流母線電壓控制系統(tǒng)的方程，表示為，

5.如權(quán)利要求4所述的基于非線性干擾觀測(cè)器的直流母線電壓前饋控制方法，其特征在于：對(duì)所述擾動(dòng)進(jìn)行觀測(cè)，表示為，

6.如權(quán)利要求5所述的基于非線性干擾觀測(cè)器的直流母線電壓前饋控制方法，其特征在于：則所述非線性干擾觀測(cè)器表示為，

7.如權(quán)利要求6所述的基于非線性干擾觀測(cè)器的直流母線電壓前饋控制方法，其特征在于：所述電流內(nèi)環(huán)參考值是基于改進(jìn)前饋控制的電壓環(huán)生成，即將干擾觀測(cè)器的輸入經(jīng)過(guò)前饋函數(shù)后輸入到電壓環(huán)輸入生成電流內(nèi)環(huán)參考值，所述前饋函數(shù)gch(s)表示為，

8.基于非線性干擾觀測(cè)器的直流母線電壓前饋控制系統(tǒng)，基于權(quán)利要求1～7任一所述的基于非線性干擾觀測(cè)器的直流母線電壓前饋控制方法，其特征在于：包括，

9.一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于：所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1～7任一所述的基于非線性干擾觀測(cè)器的直流母線電壓前饋控制方法的步驟。

10.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于：所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1～7任一所述的基于非線性干擾觀測(cè)器的直流母線電壓前饋控制方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了基于非線性干擾觀測(cè)器的直流母線電壓前饋控制方法，涉及變換器直流母線電壓控制領(lǐng)域，包括基于光伏并網(wǎng)逆變器輸入輸出光伏并網(wǎng)系統(tǒng)直流母線電容電壓的微分方程，基于微分方程對(duì)系統(tǒng)中的擾動(dòng)進(jìn)行觀測(cè)，設(shè)計(jì)非線性干擾觀測(cè)器，基于非線性干擾觀測(cè)器輸出，經(jīng)改進(jìn)前饋控制的電壓環(huán)，生成電流內(nèi)環(huán)參考值。本發(fā)明在傳統(tǒng)的電壓環(huán)PI控制環(huán)節(jié)上添加前饋函數(shù)，前饋函數(shù)為一階微分環(huán)節(jié)，能有效補(bǔ)償DC?AC電流環(huán)控制響應(yīng)及觀測(cè)器收斂速度導(dǎo)致的延時(shí)；基于非線性干擾觀測(cè)器輸出結(jié)果的直流母線電壓前饋控制方法能有效抑制各種暫態(tài)工況對(duì)直流母線電壓造成的沖擊，顯著提高直流母線電壓控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能。

技術(shù)研發(fā)人員：李躍,付宇,楊煒晨,蔡永翔,白浩,李巍,肖小兵,劉通,劉安茳,徐敏,鄭友卓,苗宇,王揚(yáng),郭琦,熊楠,李昌桃,郝樹(shù)青,張恒榮,何肖蒙,張洋,李磊,李新皓,宋子宏,李夢(mèng)琪
受保護(hù)的技術(shù)使用者：貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17