一種基于模糊控制的并網(wǎng)逆變器控制方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種基于模糊控制的并網(wǎng)逆變器控制方法，包括：將誤差信號(hào)和誤差變化率輸入輔助模糊控制器的輸入端；輔助模糊控制器根據(jù)所述誤差信號(hào)和所述誤差變化率調(diào)整主模糊控制器的比例因子；所述主模糊控制器將所述誤差信號(hào)和比例因子的改變量輸入PI控制器；通過(guò)所述PI控制器得到并網(wǎng)逆變器的輸出電壓指令值。本發(fā)明基于模糊控制的并網(wǎng)逆變器控制方法，可以明顯的提高并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)并網(wǎng)電流的穩(wěn)定性和抗擾動(dòng)能力，提高并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的性能。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種基于模糊控制的并網(wǎng)逆變器控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及電力電子裝置控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于模糊控制的并網(wǎng)逆 變器控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 逆變器按控制方式分類(lèi)，可分為電壓源電壓控制、電壓源電流控制、電流源電壓控 制和電流源電流控制四種方法。電流源逆變器是指在其直流側(cè)串聯(lián)一大電感，以提供穩(wěn)定 的直流電流輸入。但是，由于采用大電感的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)差，大部分的并網(wǎng)逆變器均采用電 壓源逆變器。從電壓、電流的控制方式來(lái)說(shuō)，逆變器電壓控制相當(dāng)于將逆變器等效為一個(gè)電 壓源，控制其輸出電壓的相位、頻率、幅值達(dá)到系統(tǒng)要求。電流控制逆變器是將逆變器等效 為一個(gè)電流源，對(duì)其輸出的電流進(jìn)行幅值、頻率、相位的控制。
[0003] 目前，電壓控制方式主要應(yīng)用于獨(dú)立運(yùn)行的逆變器，以滿足負(fù)載端的需要。尤其是 很多負(fù)載對(duì)加在上面的電壓有較高的要求，因此在這種情況下多采用電壓作為控制量進(jìn)行 閉環(huán)控制。而電流控制方式主要應(yīng)用于并網(wǎng)逆變器，直接控制其輸出電流達(dá)到并網(wǎng)要求。直 接控制并網(wǎng)電流跟蹤給定電流的并網(wǎng)逆變器控制方式應(yīng)用更加廣泛。其控制方法簡(jiǎn)單易于 設(shè)計(jì)，只要變換不同控制器，就可以采用不同方式進(jìn)行并網(wǎng)控制。具體方式只需要控制逆變 器的輸出電流以跟蹤市電電壓，同時(shí)設(shè)定輸出電流的大小，即可達(dá)到并網(wǎng)運(yùn)行的目的。由于 其控制方法相對(duì)簡(jiǎn)單，效果也比較好，因此使用廣泛。
[0004] 雙閉環(huán)控制采用單閉環(huán)反饋控制的并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)往往動(dòng)態(tài)性能較差，因此在單 環(huán)反饋的基礎(chǔ)上加入電流內(nèi)環(huán)控制，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，構(gòu)成雙環(huán)控制。這種方法多基于 小信號(hào)線性化狀態(tài)空間模型，采用數(shù)字控制技術(shù)和對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)極點(diǎn)配置，兼顧系 統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能進(jìn)行系統(tǒng)的優(yōu)化控制。如采用電容電流反饋或電壓反饋內(nèi)環(huán)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng) 穩(wěn)定控制和消除振蕩，或電壓電流雙閉環(huán)控制。
[0005] 并網(wǎng)逆變器是將直流側(cè)電能以正弦波電流的方式饋入電網(wǎng)的裝置，它是逆變器應(yīng) 用的一種形式。大規(guī)模并網(wǎng)發(fā)電的場(chǎng)合都需要逆變器并網(wǎng)運(yùn)行，將系統(tǒng)內(nèi)的電能回饋至電 網(wǎng)中。然而，為了避免質(zhì)量不好的并網(wǎng)電流對(duì)電網(wǎng)造成污染，并網(wǎng)電流的波形質(zhì)量有嚴(yán)格的 要求，電流為與電壓同頻反相的正弦波，且滿足國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)際上對(duì)并網(wǎng)逆變器 饋入電網(wǎng)的電流規(guī)定如下:波形為正弦，總諧波畸變率THD小于5%，各次諧波小于3%。
[0006] 根據(jù)不同的工作場(chǎng)合選擇相應(yīng)的濾波器結(jié)構(gòu)與合適的并網(wǎng)控制方法是決定并網(wǎng) 逆變器饋入電網(wǎng)的電流質(zhì)量的關(guān)鍵。并網(wǎng)逆變器的性能直接關(guān)系到并入電網(wǎng)中電能的質(zhì) 量，以及分布式發(fā)電系統(tǒng)的能源轉(zhuǎn)換效率。并網(wǎng)逆變器的作用是將分布式發(fā)電單元和儲(chǔ)能 電壓的直流形式的能量轉(zhuǎn)換為交流形式的能量，從而與外部電網(wǎng)進(jìn)行連接和能量交換。此 時(shí)，逆變器的控制目標(biāo)一般是輸出有功功率和輸出無(wú)功功率。
[0007] -般來(lái)說(shuō)，利用電力電子器件構(gòu)成的逆變器會(huì)產(chǎn)生大量的電流諧波，因此，要使用 無(wú)源器件組成的濾波器來(lái)濾掉這些諧波。并網(wǎng)逆變器采用的濾波器通常有兩種：電感(L)濾 波器和電感-電容-電感(LCL)濾波器。在電感值相同，成本相當(dāng)?shù)那闆r下，LCL濾波器具有更 好的濾波效果。然而，LCL濾波器作為一個(gè)三階系統(tǒng)，容易產(chǎn)生諧振，造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。
[0008] 通常，抑制諧振有兩種方式:一種是無(wú)源阻尼法，另一種是有源阻尼法。所謂無(wú)源 阻尼法，一般是在逆變器電路中增加電阻以直接增加 LCL濾波器的阻尼，但是無(wú)論是串聯(lián)還 是并聯(lián)電阻，都會(huì)增加系統(tǒng)的額外損耗。所謂有源阻尼法，通常采取對(duì)逆變器電壓電流的控 制來(lái)實(shí)現(xiàn)抑制諧振的目的，常用的高階極點(diǎn)配置的雙環(huán)PI控制方法，加權(quán)電流平均值反饋 PI控制方法，以及并網(wǎng)電流、電容電壓和電感電流的三環(huán)PI控制方法等。
[0009] 但是，在以上方法中，盡管PI控制器能夠使并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)具有較好的性能，當(dāng)系 統(tǒng)受到外部擾動(dòng)較大時(shí)，其動(dòng)態(tài)性能還需要進(jìn)一步提高以滿足并網(wǎng)對(duì)電流波形與總諧波畸 變率的要求?？梢圆捎闷渌刂破髋cPI控制結(jié)合的方式提高系統(tǒng)魯棒性。但并網(wǎng)逆變器是 一個(gè)復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，對(duì)其建立精確的數(shù)學(xué)模型往往非常困難。而在控制器的設(shè)計(jì)過(guò)程 中，常常需要根據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
[0010] 目前對(duì)于并網(wǎng)逆變器只能得到近似的模型而無(wú)法做到精確建模。如果在并網(wǎng)逆變 器的看過(guò)那只系統(tǒng)中引入模糊控制，則模糊控制的特點(diǎn)可以部分補(bǔ)償系統(tǒng)模型的不精確 性。與傳統(tǒng)控制方式相比，模塊控制把控制對(duì)象作為"黑箱"，它不依賴(lài)于系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型， 而是依賴(lài)于由操作經(jīng)驗(yàn)、表述只是轉(zhuǎn)換成的模糊規(guī)則，是智能控制的一種。
[0011]加入模塊控制的系統(tǒng)往往魯棒性高、動(dòng)態(tài)性能好。將模糊控制與其他控制方法相 結(jié)合，是目前比較多用的并網(wǎng)逆變器控制方式，發(fā)展?jié)摿^大。但是傳統(tǒng)模糊控制方式的控 制參數(shù)是固定的，不能隨著系統(tǒng)的工作情況進(jìn)行在線調(diào)整。PI控制器的比例和積分系數(shù)是 恒定的，這導(dǎo)致在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變化或者參數(shù)波動(dòng)（如外部電網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生故障或者內(nèi)側(cè)直流母 線電壓劇烈升高)等情況下，逆變器無(wú)法快速精確的跟蹤控制指令，不能及時(shí)調(diào)節(jié)輸入輸出 的有功和無(wú)功功率。降低了網(wǎng)逆變器的穩(wěn)定性和抗干擾能力。
[0012] 并網(wǎng)逆變器的控制方式分為電壓控制和電流控制兩種。電壓控制相當(dāng)于將逆變器 等效為一個(gè)電壓源，通過(guò)控制使其輸出電壓相位、頻率完全等同于電網(wǎng)電壓、幅值跟蹤電網(wǎng) 電壓的幅值，本質(zhì)相當(dāng)于將兩個(gè)電壓源并聯(lián)。但是由于市電電壓很可能在運(yùn)行的過(guò)程中產(chǎn) 生畸變或較大諧波，會(huì)造成逆變器輸出無(wú)法準(zhǔn)確跟蹤電網(wǎng)電壓，使得控制難度增加。另外， 這種通過(guò)控制逆變器輸出電壓來(lái)間接控制并網(wǎng)電流的控制方式也不能使并網(wǎng)電流達(dá)到較 好的質(zhì)量。
[0013] 并網(wǎng)逆變器直接電流控制方式主要分為滯環(huán)控制和三角波控制。其中，滯環(huán)控制 采用滯環(huán)比較器，將參考電流和實(shí)際并網(wǎng)電流的偏差作為其輸入，滯環(huán)比較器產(chǎn)生PWM信 號(hào)，通過(guò)控制逆變電路開(kāi)關(guān)功率器件的通斷來(lái)控制并網(wǎng)電流。如果設(shè)定滯環(huán)比較器環(huán)寬為 2h，九可以將并網(wǎng)電流控制在+h和-h的范圍之內(nèi)，即并網(wǎng)電流呈鋸齒狀的跟蹤參考電流。對(duì) 于這種控制方法，h的設(shè)置對(duì)系統(tǒng)影響較大，環(huán)寬較寬時(shí)，開(kāi)關(guān)動(dòng)作的頻率降低，但誤差增 大，諧波很大，環(huán)寬較窄時(shí)，誤差減小，諧波降低，但開(kāi)關(guān)動(dòng)作頻率過(guò)高，開(kāi)關(guān)損耗增大。針對(duì) 滯環(huán)比較器的上述缺點(diǎn)，一種解決方法是采用同步開(kāi)關(guān)法，即定時(shí)控制的瞬時(shí)值比較方式。
[0014] 滯環(huán)比較器由于其開(kāi)關(guān)頻率與精度之間的矛盾，及告辭諧波較多，電磁干擾較大， 在實(shí)際應(yīng)用中作用有限。目前應(yīng)用較廣泛的控制方式是三角控制方式。三角控制方式可以 采用不同的控制器完成對(duì)系統(tǒng)的控制，如PI控制，重復(fù)控制，無(wú)差拍控制等。電流誤差經(jīng)控 制器調(diào)節(jié)后得出的波形與三角波進(jìn)行比較，生成SPWM波，控制功率開(kāi)關(guān)器件的通斷。三角波 控制方式功率開(kāi)關(guān)頻率等于載波頻率，噪聲低，抑郁設(shè)計(jì)濾波器，可采取多種方式進(jìn)行控 制，降低誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 本發(fā)明正是基于以上一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題，提供一種基于模糊控制的并網(wǎng)逆變器控制 方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)抗干擾性能低下的問(wèn)題。
[0016] 其中，所述基于模糊控制的并網(wǎng)逆變器控制方法，包括：
[0017] 將當(dāng)前并網(wǎng)電流的輸出電流信號(hào)反饋至并網(wǎng)輸入端與期望輸出參考電流信號(hào)比 較，得到誤差信號(hào)；
[0018] 將所述誤差信號(hào)和誤差變化率輸入輔助模糊控制器的輸入端；
[0019] 輔助模糊控制器根據(jù)所述誤差信號(hào)和所述誤差變化率調(diào)整主模糊控制器的比例 因子；
[0020] 所述主模糊控制器將所述誤差信號(hào)和比例因子的改變量輸入PI控制器；
[0021] 通過(guò)所述PI控制器得到并網(wǎng)逆變器的輸出電壓指令值；
[0022] 根據(jù)并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的輸出電壓指令值產(chǎn)生用于控制并網(wǎng)逆變器開(kāi)關(guān)管通斷的 控制信號(hào)，從而在并網(wǎng)逆變器的功率輸出端產(chǎn)生預(yù)期的輸出電壓。
[0023] 進(jìn)一步的，所述誤差信號(hào)是所述當(dāng)前并網(wǎng)電流的輸出電流信號(hào)與所述期望輸出參 考電流號(hào)的差值。
[0024] 進(jìn)一步的，所述輔助模糊控制器根據(jù)所述誤差信號(hào)和所述誤差變化率調(diào)整主模糊 控制器的比例因子，包括：
[0025] 當(dāng)所述誤差信號(hào)與所述誤差變化率變化大于第一預(yù)設(shè)值且變化方向相同時(shí)，增大 主模糊控制器的比例因子；
[0026] 當(dāng)所述誤差信號(hào)與所述誤差變化率變化大于第一預(yù)設(shè)值且變化方向相反時(shí)，減小 主模糊控制器的比例因子；
[0027] 當(dāng)并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)穩(wěn)定，且所述誤差信號(hào)小于第二預(yù)設(shè)值時(shí)，減小主模糊控制器 的比例因子；
[0028] 當(dāng)并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)穩(wěn)定，所述誤差信號(hào)小于第二預(yù)設(shè)值，且所述誤差變化率大于 所述第一預(yù)設(shè)值時(shí)，增大主模糊控制器的比例因子；
[0029] 其中，所述第一預(yù)設(shè)值大于所述第二預(yù)設(shè)值。
[0030] 進(jìn)一步的，所述輔助模糊控制器的控制規(guī)則如下表所示：
[0031]
[0032] 進(jìn)一步的，所述主模糊控制器的控制規(guī)則如下表所示：
[0033]
[0034]
[0035] 本發(fā)明提供的基于模糊控制的并網(wǎng)逆變器控制方法，通過(guò)輔助模糊控制器對(duì)主模 糊控制器比例因子的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)逆變器比例因子自適應(yīng)調(diào)節(jié)，可以明顯的提高并網(wǎng)逆 變器系統(tǒng)并網(wǎng)電流的穩(wěn)定性和抗擾動(dòng)能力，提高并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的性能。
【附圖說(shuō)明】
[0036] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例一的基于模糊控制的并網(wǎng)逆變器控制方法的流程圖；
[0037] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例二中比例因子自調(diào)整的模糊控制器控制框圖；
[0038] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例二中并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。需要說(shuō)明的是，如果不沖突，本發(fā) 明實(shí)施例以及實(shí)施例中的各個(gè)特征可以相互結(jié)合，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0040] 實(shí)施例一
[0041] 本發(fā)明實(shí)施例一提供一種基于模糊控制的并網(wǎng)逆變器控制方法，如圖1所示，該方 法包括：
[0042] 101、將當(dāng)前并網(wǎng)電流的輸出電流信號(hào)反饋至并網(wǎng)輸入端與期望輸出參考電流信 號(hào)比較，得到誤差信號(hào)；
[0043] 其中，所述誤差信號(hào)是所述當(dāng)前并網(wǎng)電流的輸出電流信號(hào)與所述期望輸出參考電 流ig號(hào)的差值。
[0044] 102、將所述誤差信號(hào)和誤差變化率輸入輔助模糊控制器的輸入端；
[0045] 103、輔助模糊控制器根據(jù)所述誤差信號(hào)和所述誤差變化率調(diào)整主模糊控制器的 比例因子；
[0046] 該步驟中，輔助模糊控制器可根據(jù)如下控制規(guī)則調(diào)整主模糊控制器的比例因子：
[0047] 當(dāng)所述誤差信號(hào)與所述誤差變化率變化大于第一預(yù)設(shè)值且變化方向相同時(shí)，增大 主模糊控制器的比例因子；
[0048] 當(dāng)所述誤差信號(hào)與所述誤差變化率變化大于第一預(yù)設(shè)值且變化方向相反時(shí)，減小 主模糊控制器的比例因子；
[0049] 當(dāng)并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)穩(wěn)定，且所述誤差信號(hào)小于第二預(yù)設(shè)值時(shí)，減小主模糊控制器 的比例因子；
[0050] 當(dāng)并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)穩(wěn)定，所述誤差信號(hào)小于第二預(yù)設(shè)值，且所述誤差變化率大于 所述第一預(yù)設(shè)值時(shí)，增大主模糊控制器的比例因子；
[0051 ]其中，所述第一預(yù)設(shè)值大于所述第二預(yù)設(shè)值。
[0052] 104、所述主模糊控制器將所述誤差信號(hào)和比例因子的改變量輸入PI控制器；
[0053] 105、通過(guò)所述PI控制器得到并網(wǎng)逆變器的輸出電壓指令值；
[0054] 106、根據(jù)并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的輸出電壓指令值產(chǎn)生用于控制并網(wǎng)逆變器開(kāi)關(guān)管通 斷的控制信號(hào)，從而在并網(wǎng)逆變器的功率輸出端產(chǎn)生預(yù)期的輸出電壓。
[0055]本發(fā)明提供的基于模糊控制的并網(wǎng)逆變器控制方法，通過(guò)輔助模糊控制器對(duì)主模 糊控制器比例因子的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)逆變器比例因子自適應(yīng)調(diào)節(jié)，可以明顯的提高并網(wǎng)逆 變器系統(tǒng)并網(wǎng)電流的穩(wěn)定性和抗擾動(dòng)能力，提高并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的性能。
[0056] 實(shí)施例二
[0057]本發(fā)明實(shí)施例二提供的一種基于模糊控制的并網(wǎng)逆變器控制方法，通過(guò)建立比例 因子自調(diào)整的模糊控制器，使模糊控制器的比例因子K能夠根據(jù)系統(tǒng)誤差的狀態(tài)進(jìn)行自適 應(yīng)調(diào)節(jié)，可以增強(qiáng)系統(tǒng)的控制性能。
[0058]本實(shí)施例中，在并網(wǎng)逆變器電感電流單環(huán)控制的基礎(chǔ)上，將一個(gè)模糊控制器加入 PI控制器之前與其串聯(lián)。模糊控制器起到的作用是將控制系統(tǒng)的誤差提前向減小的方向進(jìn) 行調(diào)節(jié)，使并網(wǎng)電流能夠更好的跟隨給定電流。這種控制方式綜合了模糊控制和PI控制的 優(yōu)點(diǎn)，具有較高的精度和魯棒性。
[0059] 模糊控制器的工作過(guò)程是:對(duì)實(shí)際輸出與給定輸出之前的誤差和誤差變化率進(jìn)行 模糊化，通過(guò)控制器內(nèi)部的邏輯決策模塊，根據(jù)控制規(guī)則確定模糊關(guān)系，再應(yīng)用模糊推理算 法，得到控制器的模糊控制量U，最后解模糊，計(jì)算出精確控制量u，達(dá)到控制的目的。
[0060] 應(yīng)用于并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)的模糊控制器設(shè)計(jì)按下列步驟進(jìn)行：
[0061] (1)模糊控制器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
[0062] 根據(jù)輸入變量的不同，模糊控制器可以分為一維、二維、三維等。其中，一維模糊控 制器輸入沒(méi)有誤差變化率這一項(xiàng)，因此動(dòng)態(tài)性能不佳。三維模糊控制器控制更為精確，但計(jì) 算過(guò)于復(fù)雜，實(shí)際意義不大。目前多采用二維模糊控制器。本發(fā)明實(shí)施例也采用二維模糊控 制器的結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
[0063] 其中，Ke、Kc為量化因子，K為比例因子。根據(jù)并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的運(yùn)行情況選取誤差 e的基本論域?yàn)閇mine，maxe]，誤差變化率de的基本論域?yàn)閇min Δ e，max Δ e]，輸出控制量u 的基本論域?yàn)閇minu，maxu]。分別設(shè)定描述它們的模糊集為{-n，-n+l，…，0,…，n-l，n}，則 它們的模糊論域?yàn)閇_n，n]，則量化因子與比例因子分別為：
[0064]
[0065]
[0066] K = u；
[0067] 本實(shí)施例中n = 6。
[0068] (2)模糊控制規(guī)則設(shè)計(jì)
[0069] 模糊控制規(guī)則是模糊控制器中最重要的一部分。
[0070] 首先，需要選定描述輸入輸出變量的詞集。一般來(lái)說(shuō)，詞集中詞匯的數(shù)目越多，控 制越精確，但計(jì)算復(fù)雜；如果數(shù)目過(guò)少則會(huì)造成控制效果粗糙。7個(gè)詞匯的情況是應(yīng)用最廣 泛的，也是效果最好的。本文對(duì)模糊控制器的三個(gè)變量e，de和u都采用這種表述形式。選定7 個(gè)級(jí)別，即：{負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，零，正小，正中，正大}。
[0071] 英文字頭縮寫(xiě)為：{NB，匪，NS，ZE，PS，PM，PB}，分別代表并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)中并網(wǎng)電 流誤差、誤差變化率與控制器控制量的取值。例如，當(dāng)e取負(fù)大，說(shuō)明i grld與irrf之間的差值 為負(fù)且絕對(duì)值大，接近于emin的值，此時(shí)控制量u應(yīng)向著使1_增大、e向著趨近為0的趨勢(shì)去 調(diào)節(jié)。
[0072] 在選定了模糊變量的詞集之后，就要對(duì)模糊子集進(jìn)行定義，即定義隸屬度函數(shù)的 形狀。隸屬度函數(shù)的形狀有多種，如正態(tài)函數(shù)，三角形等。隸屬度函數(shù)能夠?qū)δ：兞看_定 其詞集，其設(shè)定對(duì)模糊控制器的性能有重要的影響。
[0073] 在此基礎(chǔ)上，就可以對(duì)模糊控制規(guī)則進(jìn)行設(shè)定。基于并網(wǎng)系統(tǒng)的特性與經(jīng)驗(yàn)，采用 手動(dòng)設(shè)計(jì)的方式。本發(fā)明的手動(dòng)控制策略的條件語(yǔ)句描述入下：如果A且B，那么C，即if A and B，then C。其中，A與B分別表示誤差與誤差變化率，而C表示控制量。
[0074] 經(jīng)過(guò)步驟(2)，可以得到模糊控制規(guī)則表。表中控制量的控制原則為：當(dāng)誤差或誤 差的變化率較大時(shí)，選擇控制量向著使誤差減小的方向調(diào)節(jié)，而且調(diào)節(jié)速度應(yīng)該處于較快 的級(jí)別；當(dāng)誤差或誤差變化率較小時(shí)，控制量應(yīng)適當(dāng)減小，以保證系統(tǒng)穩(wěn)定性為前提。
[0075] (3)解模糊化方法設(shè)計(jì)
[0076]解模糊即把模糊控制量轉(zhuǎn)化成為精確的控制輸出量輸入到系統(tǒng)當(dāng)中，完成對(duì)系統(tǒng) 的控制。常用的解模糊方法主要有以下三種:最大隸屬度法，中位數(shù)法，加權(quán)平均法。本文采 用加權(quán)平均法來(lái)進(jìn)行解模糊 [0077] (4)量化因子與比例因子的選擇
[0078]設(shè)計(jì)模糊控制器除了要有好的模糊控制規(guī)則外，合理的選擇模糊控制輸入輸出變 量的尺度變換因子也是非常重要的，因?yàn)樗鼈儗?duì)模糊控制器控制性能的影響極大。
[0079] 其中，模糊控制器量化因子Ke，Kc和比例因子Ku對(duì)控制系統(tǒng)動(dòng)靜態(tài)性能有很大的 影響。對(duì)于本發(fā)明研究的并網(wǎng)逆變器來(lái)說(shuō)，Ke相當(dāng)于確定系統(tǒng)的基本論域，當(dāng)取值增大時(shí)， 相當(dāng)于在誤差不變的情況下增大輸入模糊控制器的數(shù)值，使系統(tǒng)動(dòng)態(tài)反應(yīng)速率加快，但易 出現(xiàn)超調(diào)，反而會(huì)使并網(wǎng)電流諧波加大、波形不穩(wěn)定甚至出現(xiàn)振蕩。而Ke取值過(guò)小時(shí)，模糊 控制器的作用不明顯，當(dāng)有干擾存在時(shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效控制。當(dāng)Kc增大時(shí)，相當(dāng)于增大了抑制 系統(tǒng)變化的能力，增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但可能會(huì)減慢系統(tǒng)上升速度，加長(zhǎng)過(guò)渡時(shí)間。當(dāng)Kc取 值過(guò)小時(shí)，系統(tǒng)可能產(chǎn)生較大的超調(diào)甚至振蕩。比例因子K控制模糊控制器的輸出量，對(duì)系 統(tǒng)控制作用影響較大。當(dāng)K較大時(shí)，模糊控制器的調(diào)節(jié)作用比較明顯，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，上升 速率快，但是容易產(chǎn)生超調(diào)或振蕩。當(dāng)K較小時(shí)，系統(tǒng)較為穩(wěn)定，但是在干擾出現(xiàn)時(shí)，模糊控 制器控制作用不明顯，動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢。
[0080] 在設(shè)計(jì)過(guò)程中，Ke，Kc與K的大小需要結(jié)合仿真分析綜合設(shè)定。本實(shí)施例的參數(shù)設(shè) 定為：
[0081] Ke = 2.4，Kc = 2.4，K = 0.1〇
[0082] 對(duì)并網(wǎng)電流誤差、誤差變化率與控制器控制量的論域均為[-6，6 ]。通過(guò)在MATLAB 中的仿真得出，在電網(wǎng)電壓理想的情況下，加入模糊控制的并網(wǎng)電流igrid波形較好，THD相 比未加入模糊控制的系統(tǒng)降低，說(shuō)明模糊控制能夠使逆變器的性能優(yōu)化。
[0083] 但是，普通模糊控制器也存在缺點(diǎn)。例如:在控制過(guò)程中，不能根據(jù)系統(tǒng)的變化在 線調(diào)整參數(shù)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)、靈活的控制過(guò)程。而在實(shí)際運(yùn)行用，電網(wǎng)電壓無(wú)法保證始終處于理 想的狀態(tài)，甚至可能會(huì)發(fā)生較大擾動(dòng)。當(dāng)外部擾動(dòng)較大的時(shí)候，采用普通模糊控制的并網(wǎng)逆 變器并不能有效的提高電流質(zhì)量。此時(shí)，如果適當(dāng)增加比例因子的值，加大模糊控制器的作 用，則并網(wǎng)電流的質(zhì)量能夠得到提高。因此，如果在并網(wǎng)逆變器的工作過(guò)程中，模糊控制器 的參數(shù)能夠根據(jù)外部擾動(dòng)進(jìn)行在線調(diào)節(jié)，理論上可以得到更好的逆變器控制性能。
[0084] 下面以一個(gè)使用LC濾波器的單相并網(wǎng)逆變器為例說(shuō)明本實(shí)施例的基于模糊控制 的并網(wǎng)逆變器控制方法的具體實(shí)施過(guò)程。
[0085] 并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)采用電流雙閉環(huán)控制方法。將比例因子自調(diào)整模糊控制器加入并 網(wǎng)電流外環(huán)，電感電流內(nèi)環(huán)仍采用PI控制。其中，比例因子自調(diào)整模糊控制器包括主模糊器 和輔助模糊器。
[0086] 圖2所示為本實(shí)施例比例因子自調(diào)整的模糊控制器控制框圖，其中，Ke、K。為量化因 子，K為比例因子。
[0087] 本實(shí)施例的基于模糊控制的并網(wǎng)逆變器控制方法，包括：
[0088] 1)向并網(wǎng)輸入端輸入當(dāng)前并網(wǎng)電流的輸出電流信號(hào)igrid與期望輸出參考電流信 號(hào)iref的誤差、誤差變化率e與de;
[0089] 2)對(duì)輸出電流信號(hào)"^與期望輸出參考電流信號(hào)iref誤差、誤差變化率e與de進(jìn)行 模糊化；
[0090] 其中，本實(shí)施例中根據(jù)并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的運(yùn)行情況選取誤差信e的基本論域?yàn)?[mine，maxe]，誤差信號(hào)變化率de的基本論域?yàn)閇min Δ e，max Δ e]，輸出控制量u的基本論域 為[minu，maxu ]。分別設(shè)定描述它們的模糊集為{-η，-n+1，…，0，…，η-1，η}，則它們的模糊 論域?yàn)閇-η，η ]，則量化因子與比例因子分別為：
[0091]
[0092]
[0093]
[0094] 本實(shí)施例中η取6。
[0095] 3)根據(jù)控制規(guī)則確定模糊關(guān)系，再應(yīng)用模糊推理算法，得到控制器的模糊控制量 U，最后解模糊，計(jì)算出精確控制量u。
[0096] 其中，e、de、u 的論域取[_6,6]。
[0097]主模糊控制器的參數(shù)為：
[0098] Ke = 3，Kc = 3，K = 0.1
[0099] 輔助模糊控制器的參數(shù)為：
[0100] Ke = 2.4，Kc = 2.4，K=l
[0101] 常用的解模糊方法主要有:最大隸屬度法，中位數(shù)法，加權(quán)平均法。本文采用加權(quán) 平均法來(lái)進(jìn)行解模糊。
[0102] 其中，模糊控制器量化因子Ke，Kc和比例因子K對(duì)控制系統(tǒng)動(dòng)靜態(tài)性能有很大的影 響。對(duì)于發(fā)明的并網(wǎng)逆變器來(lái)說(shuō)，相當(dāng)于確定系統(tǒng)的基本論域，當(dāng)取值增大時(shí)，相當(dāng)于在 誤差不變的情況下增大輸入模糊控制器的數(shù)值，使系統(tǒng)動(dòng)態(tài)反應(yīng)速率加快，但易出現(xiàn)超調(diào)， 反而會(huì)使并網(wǎng)電流諧波加大、波形不穩(wěn)定甚至出現(xiàn)振蕩。而K e取值過(guò)小時(shí)，模糊控制器的作 用不明顯，當(dāng)有干擾存在時(shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效控制。當(dāng)K。增大時(shí)，相當(dāng)于增大了抑制系統(tǒng)變化的 能力，增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但可能會(huì)減慢系統(tǒng)上升速度，加長(zhǎng)過(guò)渡時(shí)間。當(dāng)K。取值過(guò)小時(shí)，系 統(tǒng)可能產(chǎn)生較大的超調(diào)甚至振蕩。比例因子K控制模糊控制器的輸出量，對(duì)系統(tǒng)控制作用影 響較大。當(dāng)K較大時(shí)，模糊控制器的調(diào)節(jié)作用比較明顯，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，上升速率快，但是 容易產(chǎn)生超調(diào)或振蕩。當(dāng)K較小時(shí)，系統(tǒng)較為穩(wěn)定，但是在干擾出現(xiàn)時(shí)，模糊控制器控制作用 不明顯，動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢。
[0103] 在具體實(shí)施過(guò)程中，KuK。和K的大小需要結(jié)合仿真分析綜合設(shè)定。本實(shí)施例的參數(shù) 設(shè)定為：
[0104] Ke = 2.4，Kc = 2.4，K=l
[0105] 對(duì)并網(wǎng)電流誤差、誤差變化率與控制器控制量的論域均為[-6，6]。通過(guò)在MATLAB 中的仿真得出，在電網(wǎng)電壓理想的情況下，加入模糊控制的并網(wǎng)電流igrid波形較好，THD相 比未加入模糊控制的系統(tǒng)降低，說(shuō)明模糊控制能夠使逆變器的性能優(yōu)化。
[0106] 其中，主模糊控制器控制規(guī)則的控制規(guī)則為：
[0107]當(dāng)誤差信號(hào)或誤差信號(hào)的變化率大于預(yù)設(shè)值時(shí)，選擇控制量向著使誤差減小的方 向調(diào)節(jié)，而且調(diào)節(jié)速度應(yīng)該處于較快的級(jí)別；
[0108]當(dāng)誤差信號(hào)或誤差信號(hào)變化率小于預(yù)設(shè)值時(shí)，控制量應(yīng)適當(dāng)減小，以保證系統(tǒng)穩(wěn) 定性為前提。
[0109] 具體主模糊控制器的控制規(guī)則如下表所示：
[0110]
[0111] 本實(shí)施例中輔助模糊控制器的控制規(guī)則為：當(dāng)所述誤差信號(hào)與所述誤差變化率變 化大于第一預(yù)設(shè)值且變化方向相同時(shí)，增大主模糊控制器的比例因子；
[0112] 當(dāng)所述誤差信號(hào)與所述誤差變化率變化大于第一預(yù)設(shè)值且變化方向相反時(shí)，減小 主模糊控制器的比例因子；
[0113] 當(dāng)并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)穩(wěn)定，且所述誤差信號(hào)小于第二預(yù)設(shè)值時(shí)，減小主模糊控制器 的比例因子；
[0114] 當(dāng)并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)穩(wěn)定，所述誤差信號(hào)小于第二預(yù)設(shè)值，且所述誤差變化率大于 所述第一預(yù)設(shè)值時(shí)，增大主模糊控制器的比例因子；
[0115]其中，所述第一預(yù)設(shè)值大于所述第二預(yù)設(shè)值。
[0116] 輔助模糊控制器具體的控制規(guī)則如下表所示：
[0117]
[0118] 為了驗(yàn)證本實(shí)施例中比例因子自調(diào)整模糊控制對(duì)并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)性能的提高，在 MATLAB中對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真。仿真參數(shù)如下:L = 3mH，C = 20yF，r = 0.5 Ω，交流側(cè)電壓有效值 220V，頻率50Hz，直流側(cè)電壓DC V = 350V，開(kāi)關(guān)頻率10kHz，系統(tǒng)容量5kW。
[0119] 經(jīng)過(guò)仿真對(duì)本實(shí)施例控制方法下的并網(wǎng)電流諧波進(jìn)行分析得出如下結(jié)論：
[0120] 采用比例因子自調(diào)整控制方法的系統(tǒng)在電網(wǎng)電壓穩(wěn)定的情況下，并網(wǎng)電流的相位 與頻率能夠精確的達(dá)到并網(wǎng)要求，且總諧波畸變率最小。另外，在電網(wǎng)電壓處于理想狀態(tài) 時(shí)，比例因子自調(diào)整模糊控制器作用不大，并不影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
[0121] 為了驗(yàn)證系統(tǒng)在電網(wǎng)電壓畸變較大時(shí)的性能，在仿真過(guò)程中向電網(wǎng)電壓加入3次、 5次諧波。則采用比例因子自調(diào)整控制方法的逆變器并網(wǎng)電流波形在電網(wǎng)電壓產(chǎn)生畸變的 條件下進(jìn)行諧波分析和比較可以得出：
[0122] 在電網(wǎng)電壓畸變較大時(shí)，采用比例因子自調(diào)整模糊控制能夠明顯的提高并網(wǎng)電流 質(zhì)量，電流總諧波畸變率從8.59%下降到4.99%，3次、5次諧波含量下降明顯，基本符合并 網(wǎng)要求。
[0123] 仿真結(jié)果說(shuō)明，比例因子自調(diào)整模糊控制方法使逆變器根據(jù)外部條件和自身工作 狀態(tài)改變控制參數(shù)，使其具有自適應(yīng)性，從而提高了系統(tǒng)的魯棒性和動(dòng)態(tài)性能。比例因子自 調(diào)整模糊控制方法可以明顯的提高并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)并網(wǎng)電流的穩(wěn)定性和抗擾動(dòng)能力，從理 論上驗(yàn)證了這種自適應(yīng)模糊控制對(duì)并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)控制性能的提高。
[0124] 以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施方式，并非因此限制本發(fā)明的專(zhuān)利范圍，凡是利用本 發(fā)明說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的 技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專(zhuān)利保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于模糊控制的并網(wǎng)逆變器控制方法，其特征在于:包括： 將當(dāng)前并網(wǎng)電流的輸出電流信號(hào)反饋至并網(wǎng)輸入端與期望輸出參考電流信號(hào)比較，得 到誤差信號(hào)； 將所述誤差信號(hào)和誤差變化率輸入輔助模糊控制器的輸入端； 輔助模糊控制器根據(jù)所述誤差信號(hào)和所述誤差變化率調(diào)整主模糊控制器的比例因子； 所述主模糊控制器將所述誤差信號(hào)和比例因子的改變量輸入PI控制器； 通過(guò)所述PI控制器得到并網(wǎng)逆變器的輸出電壓指令值； 根據(jù)并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的輸出電壓指令值產(chǎn)生用于控制并網(wǎng)逆變器開(kāi)關(guān)管通斷的控制 信號(hào)，從而在并網(wǎng)逆變器的功率輸出端產(chǎn)生預(yù)期的輸出電壓。2. 如權(quán)利要求1所述的基于模糊控制的并網(wǎng)逆變器控制方法，其特征在于，所述誤差信 號(hào)是所述當(dāng)前并網(wǎng)電流的輸出電流信號(hào)與所述期望輸出參考電流信號(hào)的差值。3. 如權(quán)利要求1所述的基于模糊控制的并網(wǎng)逆變器控制方法，其特征在于，所述輔助模 糊控制器根據(jù)所述誤差信號(hào)和所述誤差變化率調(diào)整主模糊控制器的比例因子，包括： 當(dāng)所述誤差信號(hào)與所述誤差變化率變化大于第一預(yù)設(shè)值且變化方向相同時(shí)，增大主模 糊控制器的比例因子； 當(dāng)所述誤差信號(hào)與所述誤差變化率變化大于第一預(yù)設(shè)值且變化方向相反時(shí)，減小主模 糊控制器的比例因子； 當(dāng)并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)穩(wěn)定，且所述誤差信號(hào)小于第二預(yù)設(shè)值時(shí)，減小主模糊控制器的比 例因子； 當(dāng)并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)穩(wěn)定，所述誤差信號(hào)小于第二預(yù)設(shè)值，且所述誤差變化率大于所述 第一預(yù)設(shè)值時(shí)，增大主模糊控制器的比例因子； 其中，所述第一預(yù)設(shè)值大于所述第二預(yù)設(shè)值。4. 如權(quán)利要求1所述的基于模糊控制的并網(wǎng)逆變器控制方法，其特征在于，所述輔助模 糊控制器的控制規(guī)則如下表所示：5. 如權(quán)利要求1所述的基于模糊控制的并網(wǎng)逆變器控制方法，其特征在于，所述主模糊 控制器的控制規(guī)則如下表所示：
【文檔編號(hào)】H02J3/38GK105990853SQ201510942821
【公開(kāi)日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2015年12月16日
【發(fā)明人】張?jiān)? 郭利輝
【申請(qǐng)人】許昌學(xué)院