本發(fā)明涉及一種并網(wǎng)逆變器narendra自適應(yīng)控制算法。

背景技術(shù)：

隨著分布式新能源并網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)并網(wǎng)逆變器的性能要求越來(lái)越高。電力電子裝置是一種強(qiáng)耦合，非線性的系統(tǒng)。目前單純地采用線性控制，如pid控制可以滿足多數(shù)場(chǎng)合，但其控制性能有限，并不能完全消除逆變器誤差。同時(shí)，由于電網(wǎng)含有各種諧波，及其幅值的波動(dòng)，電路中的雜散參數(shù)影響將對(duì)系統(tǒng)帶來(lái)干擾，并且逆變器帶有感性濾波元件與dsp數(shù)字控制存在的時(shí)滯問(wèn)題，以及控制器設(shè)計(jì)時(shí)將逆變器的橋臂輸出作為一個(gè)常系數(shù)比例環(huán)節(jié)，而系統(tǒng)是非線性，其比例系數(shù)應(yīng)該是時(shí)變的。以上因素將大大降低并網(wǎng)逆變器輸出波形質(zhì)量，并且這些參數(shù)變化是不可測(cè)的。因此，為改善進(jìn)入電網(wǎng)的電流波形質(zhì)量，可以在已設(shè)計(jì)完成的理想控制器環(huán)節(jié)引入自適應(yīng)控制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于進(jìn)一步改善并網(wǎng)逆變系統(tǒng)性能，提供一種并網(wǎng)逆變器narendra自適應(yīng)控制算法，該算法在原先設(shè)計(jì)完成的控制器上加入narendra自適應(yīng)控制，可以根據(jù)自適應(yīng)律對(duì)控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)性能逼近所設(shè)定的參考模型。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種并網(wǎng)逆變器narendra自適應(yīng)控制算法，包括如下步驟，

引入兩個(gè)輔助信號(hào)發(fā)生器f1、f2，其中，輔助信號(hào)發(fā)生器f1的狀態(tài)方程、輸出方程和傳遞函數(shù)分別為：

ω1＝c^tv1

輔助信號(hào)發(fā)生器f2的狀態(tài)方程、輸出方程和傳遞函數(shù)分別為：

令yp＝h^txp，

ω2＝d^tv2+d0yp

式中v1，v2，c，d為(n-1)維列向量，i為單位矩陣，yp為并網(wǎng)逆變器輸出電流，f1和f2的λ和b完全相同，可分別表示為：

其中，l1、ln-1為假設(shè)的變量；列向量c和d可分別表示為：

c^t＝[c1c2…cn-1]，d^t＝[d1d2…dn-1]

傳遞函數(shù)w1(s)和w2(s)中的分母n(s)是(n-1)階首一古爾維茨多項(xiàng)式，分子c(s)和d(s)都是(n-2)階多項(xiàng)式，它們的系數(shù)分別是向量c和d的元素；

設(shè)并網(wǎng)逆變器的傳遞函數(shù)為：

則輔助信號(hào)發(fā)生器與并網(wǎng)逆變器一起組成的系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：

其中，vd為輸入電壓，l為電感量，r(s)為輸入信號(hào)，yp(s)為輸出傳遞函數(shù)，k0為系數(shù)；

選取參考模型，設(shè)參考模型的傳遞函數(shù)為wm(s)，為使得并網(wǎng)逆變器實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制，則需并網(wǎng)逆變器的傳遞函數(shù)與參考模型的傳遞函數(shù)相同，即wp(s)＝wm(s)，便可得到輔助信號(hào)發(fā)生器參數(shù)；

設(shè)并網(wǎng)逆變器輸出電流與參考模型輸出間的誤差為e1＝y(tǒng)p-ym；

設(shè)2n維向量ω表示系統(tǒng)中的信號(hào)向量為

設(shè)2n維向量θ表示系統(tǒng)中可調(diào)節(jié)參數(shù)向量為

θ^t＝[k0c^td0d^t]

接著根據(jù)lyapunov穩(wěn)定性定理，選取lyapunov函數(shù)為

式中p和г都是正定對(duì)稱矩陣；雖然在這邊引入p矩陣，但只是用來(lái)過(guò)渡，實(shí)際上并不需要求出實(shí)際矩陣參數(shù)；為方便計(jì)算，可令г矩陣為單位矩陣，可得自適應(yīng)律為

即

其中，ω為信號(hào)向量，e1為廣義誤差；

故得

最后，結(jié)合pll鎖相環(huán)，令輸入信號(hào)r為標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，最終可得出并網(wǎng)逆變器的控制信號(hào)u(s)；控制信號(hào)u(s)控制并網(wǎng)逆變器四個(gè)開關(guān)管的動(dòng)作，從而使得并網(wǎng)逆變器輸出電流跟蹤參考模型的輸出。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明算法針對(duì)電力電子的非線性特性，傳統(tǒng)控制器性能有限，為進(jìn)一步改善并網(wǎng)逆變器性能，采用narendra自適應(yīng)控制，以單電流環(huán)為架構(gòu)，首先采樣電網(wǎng)電壓跟蹤相位，以及電網(wǎng)電流進(jìn)行反饋，通過(guò)選擇合適的參考模型，使得輸出達(dá)到理想效果。

附圖說(shuō)明

圖1是并網(wǎng)逆變器自適應(yīng)控制原理框圖。

圖2是本發(fā)明采用的系統(tǒng)簡(jiǎn)化框圖。

圖3是采用psim仿真軟件搭建的控制框圖。

圖4是psim仿真軟件搭建的并網(wǎng)逆變電路。

圖5是輸出電流波形圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行具體說(shuō)明。

本發(fā)明的一種并網(wǎng)逆變器narendra自適應(yīng)控制算法，包括如下步驟，

引入兩個(gè)輔助信號(hào)發(fā)生器f1、f2，其中，輔助信號(hào)發(fā)生器f1的狀態(tài)方程、輸出方程和傳遞函數(shù)分別為：

ω1＝c^tv1

輔助信號(hào)發(fā)生器f2的狀態(tài)方程、輸出方程和傳遞函數(shù)分別為：

令yp＝h^txp，

ω2＝d^tv2+d0yp

式中v1，v2，c，d為(n-1)維列向量，i為單位矩陣，yp為并網(wǎng)逆變器輸出電流，f1和f2的λ和b完全相同，可分別表示為：

其中，l1、ln-1為假設(shè)的變量；列向量c和d可分別表示為：

c^t＝[c1c2…cn-1]，d^t＝[d1d2…dn-1]

傳遞函數(shù)w1(s)和w2(s)中的分母n(s)是(n-1)階首一古爾維茨多項(xiàng)式，分子c(s)和d(s)都是(n-2)階多項(xiàng)式，它們的系數(shù)分別是向量c和d的元素；

設(shè)并網(wǎng)逆變器的傳遞函數(shù)為：

則輔助信號(hào)發(fā)生器與并網(wǎng)逆變器一起組成的系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：

其中，vd為輸入電壓，l為電感量，r(s)為輸入信號(hào)，yp(s)為輸出傳遞函數(shù)，k0為系數(shù)；

選取參考模型，設(shè)參考模型的傳遞函數(shù)為wm(s)，為使得并網(wǎng)逆變器實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制，則需并網(wǎng)逆變器的傳遞函數(shù)與參考模型的傳遞函數(shù)相同，即wp(s)＝wm(s)，便可得到輔助信號(hào)發(fā)生器參數(shù)；

設(shè)并網(wǎng)逆變器輸出電流與參考模型輸出間的誤差為e1＝y(tǒng)p-ym；

設(shè)2n維向量ω表示系統(tǒng)中的信號(hào)向量為

設(shè)2n維向量θ表示系統(tǒng)中可調(diào)節(jié)參數(shù)向量為

θ^t＝[k0c^td0d^t]

接著根據(jù)lyapunov穩(wěn)定性定理，選取lyapunov函數(shù)為

式中p和г都是正定對(duì)稱矩陣；雖然在這邊引入p矩陣，但只是用來(lái)過(guò)渡，實(shí)際上并不需要求出實(shí)際矩陣參數(shù)；為方便計(jì)算，可令г矩陣為單位矩陣，可得自適應(yīng)律為

即

其中，ω為信號(hào)向量，e1為廣義誤差；

故得

最后，結(jié)合pll鎖相環(huán)，令輸入信號(hào)r為標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，最終可得出并網(wǎng)逆變器的控制信號(hào)u(s)；控制信號(hào)u(s)控制并網(wǎng)逆變器四個(gè)開關(guān)管的動(dòng)作，從而使得并網(wǎng)逆變器輸出電流跟蹤參考模型的輸出。

以下為本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

本發(fā)明的并網(wǎng)逆變器自適應(yīng)控制算法，以雙buck全橋并網(wǎng)逆變器為例(如圖2所示)，其包括直流電壓vd，電網(wǎng)vg，電容cd，二極管d1、d2、d3、d4，開關(guān)管s1、s2、s3、s4，電感l(wèi)1、l2；pll鎖相環(huán)采樣電網(wǎng)電壓并跟蹤其相位，電流傳感器采樣電網(wǎng)電流作為反饋信號(hào)，并與基準(zhǔn)電流給定、參考模型給定、自適應(yīng)律等一起作為自適應(yīng)控制的輸入端，開關(guān)管s1-s4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)作為自適應(yīng)控制的輸出端，即與圖2中的mcu連接，自適應(yīng)算法在mcu中實(shí)現(xiàn)。usensor采樣電壓，進(jìn)入mcu對(duì)電網(wǎng)電壓進(jìn)行鎖相，判斷電壓過(guò)零點(diǎn)及正、負(fù)半周。ig為網(wǎng)側(cè)的采樣電流，進(jìn)入mcu作為電流環(huán)采樣反饋。

其電路工作模態(tài)為：當(dāng)電網(wǎng)電壓從負(fù)半周過(guò)零時(shí)，經(jīng)pll鎖相以及電網(wǎng)電流采樣進(jìn)mcu，通過(guò)narendra自適應(yīng)控制算法得到控制信號(hào)u，即占空比。當(dāng)u為正，工頻管s3導(dǎo)通、s4關(guān)斷，高頻管s2以占空比u作高頻開關(guān)動(dòng)作。當(dāng)s2開通時(shí)，電流從直流源vd經(jīng)過(guò)二極管d3，工頻管s3，電感l(wèi)2，高頻管s2流回vd。當(dāng)高頻管s2關(guān)斷時(shí)，網(wǎng)側(cè)電流從l2經(jīng)過(guò)d2、d3、工頻管s3、電網(wǎng)、l2續(xù)流。

當(dāng)u為負(fù)時(shí)，工頻管s4導(dǎo)通，s3關(guān)斷，高頻管s1以占空比|u|作高頻開關(guān)動(dòng)作。當(dāng)s1開通時(shí)，電流從直流源vd經(jīng)過(guò)二極管d4，工頻管s4，電感l(wèi)1，高頻管s1流回vd。當(dāng)高頻管s1關(guān)斷時(shí)，網(wǎng)側(cè)電流從l1經(jīng)過(guò)d1、d4、工頻管s4、電網(wǎng)、l1續(xù)流。

本發(fā)明方法的仿真電路通過(guò)psim仿真軟件搭建，如圖3、4所示分別為psim仿真軟件搭建的控制框圖及psim仿真軟件搭建的并網(wǎng)逆變電路。

本發(fā)明方法的原理框圖如圖1表示，其中，并網(wǎng)逆變器的傳遞函數(shù)為wp(s)，參考模型的傳遞函數(shù)為wm(s)。輔助信號(hào)發(fā)生器f1和f2都是(n-1)階的穩(wěn)定動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。輔助信號(hào)發(fā)生器f1的狀態(tài)方程、輸出方程和傳遞函數(shù)分別為：

ω1＝c^tv1

輔助信號(hào)發(fā)生器f2的狀態(tài)方程、輸出方程和傳遞函數(shù)分別為：

ω2＝d^tv2+d0yp

式中v1，v2，c，d為(n-1)維列向量，f1和f2的λ和b完全相同，可分別表示為：

列向量c和d可分別表示為：

c^t＝[c1c2…cn-1]，d^t＝[d1d2…dn-1]

傳遞函數(shù)w1(s)和w2(s)中的分母n(s)是(n-1)階首一古爾維茨多項(xiàng)式，分子c(s)和d(s)都是(n-2)階多項(xiàng)式，它們的系數(shù)分別是向量c和d的元素，為系統(tǒng)的可調(diào)參數(shù)。設(shè)并網(wǎng)逆變器的傳遞函數(shù)為：

上述兩個(gè)輔助信號(hào)發(fā)生器與并網(wǎng)逆變器一起組成如圖2所示的系統(tǒng)。根據(jù)圖2可得整個(gè)系統(tǒng)傳遞函數(shù)為：

自適應(yīng)控制的作用就是使并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的傳遞函數(shù)與參考模型的傳遞函數(shù)相同，即wp(s)＝wm(s)，便可得到輔助信號(hào)發(fā)生器參數(shù)。

設(shè)并網(wǎng)逆變輸出電流與參考模型輸出間的誤差為e1。

設(shè)2n維向量ω表示系統(tǒng)中的信號(hào)向量為

設(shè)2n維向量θ表示系統(tǒng)中可調(diào)節(jié)參數(shù)向量為

θ^t＝[k0c^td0d^t]

接著根據(jù)lyapunov穩(wěn)定性定理，這里不做累述，選取lyapunov函數(shù)為

式中p和г都是正定對(duì)稱矩陣?？傻米赃m應(yīng)律為

參考模型的選取，可根據(jù)未引入自適應(yīng)控制之前設(shè)計(jì)完成的控制器，也可以采用其它理想輸出的二階控制器。

最后，結(jié)合pll鎖相環(huán)，令輸入信號(hào)r為標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，最終可得出并網(wǎng)逆變器的控制信號(hào)u(s)。控制信號(hào)u(s)控制逆變器四個(gè)開關(guān)管的動(dòng)作，從而使得并網(wǎng)逆變器輸出電流跟蹤參考模型的輸出。

圖5為經(jīng)本發(fā)明并網(wǎng)逆變器narendra自適應(yīng)控制算法自適應(yīng)控制后，雙buck全橋并網(wǎng)逆變器電路的輸出波形圖，其中，ig為電網(wǎng)電流波形，ref為給定電流波形。

以上是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明技術(shù)方案所作的改變，所產(chǎn)生的功能作用未超出本發(fā)明技術(shù)方案的范圍時(shí)，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。