本發(fā)明涉及一種光伏并網(wǎng)逆變器控制方法，具體涉及一種采用模型參考自適應(yīng)和反演全局快速終端滑?；旌纤惴ǖ墓夥⒕W(wǎng)逆變器控制方法，屬于控制系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
小型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)通常采用兩級(jí)式高頻不帶隔離變壓器的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。即前級(jí)采用Boost電路實(shí)現(xiàn)DC-DC變換，后級(jí)采用高頻逆變器實(shí)現(xiàn)DC-AC變換。在Boost電路中通過(guò)最大功率點(diǎn)跟蹤MaximunPowerPointTracking(MPPT)控制，提高發(fā)電能力。近年來(lái)，光伏系統(tǒng)并網(wǎng)發(fā)電得到快速發(fā)展。但是光伏發(fā)電本身具有不穩(wěn)定性的特點(diǎn)，其并網(wǎng)電能的質(zhì)量和發(fā)電效率受外界環(huán)境溫度、光照強(qiáng)度、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)不確定性和外界干擾等多種因素的影響，因而有效的逆變器控制算法是解決光伏系統(tǒng)并網(wǎng)問(wèn)題的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的滯環(huán)比較逆變器控制方法不能有效處理系統(tǒng)不確定性和擾動(dòng)問(wèn)題，從控制機(jī)理上就存在抖振現(xiàn)象，當(dāng)系統(tǒng)環(huán)境突變時(shí)自動(dòng)跟蹤性能較差；而普通滑?？刂品椒o(wú)法保證系統(tǒng)在有限時(shí)間內(nèi)收斂到滑模面，漸進(jìn)收斂的速度較慢。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種光伏并網(wǎng)逆變器控制方法。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種光伏并網(wǎng)逆變器控制方法，包括以下步驟，步驟一，根據(jù)電路定理和狀態(tài)空間平均法建立逆變器數(shù)學(xué)模型；其中，狀態(tài)變量vac為逆變器交流側(cè)輸出電壓，vdc逆變器直流側(cè)電壓，Cac和Lac分別為逆變器交流側(cè)電容和電感，RL為電網(wǎng)負(fù)載，D為逆變器占空比，為干擾項(xiàng)，為外界干擾，Δ1和Δ2分別為由電容和電感的參數(shù)引起的誤差項(xiàng)；步驟二，設(shè)計(jì)逆變器控制器；A1)構(gòu)造虛擬控制函數(shù)；定義控制目標(biāo)為逆變器交流側(cè)輸出電壓vac，參考電壓為電網(wǎng)工頻正弦交流電壓令跟蹤偏差則則虛擬控制函數(shù)為，其中，c1為一個(gè)大于零的實(shí)數(shù)；A2)選取Lyapunov函數(shù)，V1的導(dǎo)數(shù)為，如果e2＝0，那么所以需要設(shè)計(jì)新的Lyapunov函數(shù)；A3)定義滑模面為，其中，α,β是滑模面常數(shù)，p1，p2為正奇數(shù)，且p1＞p2；將虛擬控制函數(shù)和跟蹤偏差代入可得，則A4)加入模型參考自適應(yīng)控制，設(shè)計(jì)新的Lyapunov函數(shù)；根據(jù)干擾項(xiàng)的性質(zhì)，假設(shè)自適應(yīng)控制律設(shè)計(jì)按照下式進(jìn)行，其中，正常數(shù)m0,m1和m2為自適應(yīng)增益，和分別是b0,b1和b2的估計(jì)值，b0,b1,b2為正的未知參數(shù)；新的Lyapunov函數(shù)為，其中，i＝0、1、2，是b0,b1,b2的估計(jì)誤差；新的Lyapunov函數(shù)求導(dǎo)可得，A5)采用模型參考自適應(yīng)和反演全局快速終端滑?；旌纤惴ǖ目刂坡蔀?，其中，所述逆變器所在的單相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為兩級(jí)式高頻不隔離并網(wǎng)電路。所述逆變器結(jié)構(gòu)為全橋電壓型逆變器。通過(guò)在逆變器控制器中設(shè)計(jì)邊界層，來(lái)降低滑模控制的抖振現(xiàn)象。通過(guò)設(shè)置p1,p2的范圍滿足全局快速終端滑模非奇異的要求。本發(fā)明所達(dá)到的有益效果：1、本發(fā)明所述的逆變器控制方法能夠滿足魯棒性、穩(wěn)定性和快速性的要求，當(dāng)系統(tǒng)環(huán)境發(fā)生突變時(shí)，控制算法能可靠工作，使得光伏逆變器輸出穩(wěn)定的正弦交流電壓；2、本發(fā)明采用模型參考自適應(yīng)控制進(jìn)行控制率設(shè)計(jì)，達(dá)到自動(dòng)跟蹤擾動(dòng)的目的；3、本發(fā)明滿足逆變器動(dòng)態(tài)響應(yīng)的要求，使得控制具有魯棒性；4、本發(fā)明的反演控制把系統(tǒng)分解為降階的子系統(tǒng)，為子系統(tǒng)設(shè)計(jì)Lyapunov函數(shù)和虛擬控制函數(shù)保證控制穩(wěn)定性；5、本發(fā)明的全局快速終端滑?？刂铺岣呦到y(tǒng)收斂速度，對(duì)可能出現(xiàn)的奇異問(wèn)題通過(guò)參數(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)行避免。附圖說(shuō)明圖1為單相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖2為S1、S4導(dǎo)通時(shí)的電路。圖3為逆變器控制器設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖。圖4為標(biāo)準(zhǔn)工作狀態(tài)下逆變器輸出電壓與參考并網(wǎng)電壓對(duì)比圖。圖5為光照和溫度變化圖。圖6為光照和溫度變化下的逆變器輸出波形圖。其中，圖1中CPV和LPV分別為光伏電池側(cè)電容和電感,vPV和iPV分別光伏電池側(cè)電壓和電流，S為Boost電路的開(kāi)關(guān)管，Cdc為Boost電路升壓輸出側(cè)電容，vdc和idc分別為逆變器直流側(cè)電壓和電流，S1～S4為逆變器開(kāi)關(guān)管，Cac和Lac分別為逆變器交流側(cè)電容和電感，vac為逆變器交流側(cè)輸出電壓，iL為電網(wǎng)負(fù)載電流，RL為電網(wǎng)負(fù)載,vac*為并網(wǎng)參考電壓。圖3中為并網(wǎng)參考電壓一階導(dǎo)數(shù)，為逆變器交流側(cè)輸出電壓一階導(dǎo)數(shù)，e1為跟蹤偏差，e2為虛擬控制函數(shù)，c1,c2為大于零的實(shí)數(shù)，α,β為滑模面常數(shù)，p1,p2為正奇數(shù)，sc為滑模面，δ為邊界層厚，為未知參數(shù)估計(jì)值，m0,m1,m2為自適應(yīng)增益，D1為逆變器占空比階段值，D為逆變器占空比。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。如圖1所示，一種光伏并網(wǎng)逆變器控制方法，包括以下步驟：步驟一，根據(jù)電路定理和狀態(tài)空間平均法建立逆變器數(shù)學(xué)模型。逆變器所在的單相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為兩級(jí)式高頻不隔離并網(wǎng)電路，具體如圖1所示，由光伏陣列、Boost升壓電路(即DC-DC電路)、逆變電路(DC-AC電路)和負(fù)載組成。前級(jí)Boost電路，通過(guò)對(duì)PWM(脈沖寬度調(diào)制)控制實(shí)現(xiàn)MPPT和DC-DC升壓變換；后級(jí)為逆變器，通過(guò)PWM控制開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通和截?cái)?，?shí)現(xiàn)DC-AC變換，提供符合標(biāo)準(zhǔn)的交流電能并網(wǎng)。這種電路在逆變器結(jié)構(gòu)中省去了的工頻變壓器，因而具有效率高、重量輕的優(yōu)點(diǎn)，在小功率分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。逆變器結(jié)構(gòu)為全橋電壓型逆變器，如圖1中DC-AC部分所示，設(shè)S1～S4為理想開(kāi)關(guān)管，一個(gè)周期內(nèi)S1、S4導(dǎo)通的時(shí)間占周期的比例為D，S2、S3導(dǎo)通的時(shí)間占周期的比例為1-D。S1、S4導(dǎo)通時(shí)的電路如圖2所示，根據(jù)電路定理可知，其中，iac逆變器交流側(cè)輸出電流；同理可知當(dāng)S2、S3導(dǎo)通時(shí)有，根據(jù)狀態(tài)空間平均法，則一個(gè)周期內(nèi)逆變器的數(shù)學(xué)模型可以描述為(1)式×D+(2)式×1-D，即，對(duì)求導(dǎo)可得，把帶入(4)后得，令狀態(tài)變量對(duì)逆變器建立狀態(tài)方程如下，考慮到實(shí)際應(yīng)用中逆變器會(huì)受到參數(shù)不確定性、外界因素的干擾，加入干擾項(xiàng)的方程為,式中,Δ1和Δ2分別為由電容和電感的參數(shù)引起的誤差項(xiàng)，為干擾項(xiàng)，為外界干擾,則(7)式變?yōu)?8)式即為考慮到系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)不確定性和外界干擾項(xiàng)的逆變器數(shù)學(xué)模型。步驟二，設(shè)計(jì)逆變器控制器。根據(jù)光伏電池的物理特性可知，光照強(qiáng)度和環(huán)境溫度的改變會(huì)對(duì)電池輸出vPV、iPV產(chǎn)生影響，從而影響升壓電路vdc的輸出。由公式(8)可知，vdc和φ(t)的變化會(huì)引起狀態(tài)變量x1的波動(dòng)。故提出對(duì)光伏逆變器采用模型參考自適應(yīng)控制和反演全局快速終端滑?？刂?，達(dá)到逆變器自動(dòng)跟蹤外界擾動(dòng)，削弱抖振的目的?？刂破髟O(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示，設(shè)計(jì)思路如下：首先根據(jù)被控對(duì)象的性質(zhì)，設(shè)計(jì)一個(gè)被控對(duì)象的參考模型，要求該參考模型能夠跟蹤上被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)響應(yīng)；其次，如果被控對(duì)象參數(shù)未知或存在的未知干擾，采取參數(shù)估計(jì)值取代系統(tǒng)中的未知參數(shù)，其中參數(shù)估計(jì)值根據(jù)設(shè)計(jì)的自適應(yīng)控制律動(dòng)態(tài)調(diào)整；然后，采用反演全局快速終端滑?？刂?，構(gòu)造出包含跟蹤誤差和參數(shù)估計(jì)誤差的Lyapunov方程，再基于Lyapunov穩(wěn)定性理論設(shè)計(jì)出控制器的控制律。當(dāng)被控對(duì)象與參考模型之間存在誤差時(shí)，自適應(yīng)律根據(jù)誤差信息來(lái)修正控制器參數(shù)，使誤差逐漸趨于零。反演控制將系統(tǒng)分解為不超過(guò)系統(tǒng)階數(shù)的子系統(tǒng)，為每個(gè)子系統(tǒng)設(shè)計(jì)Lyapunov函數(shù)和中間虛擬量，一直后退到整個(gè)系統(tǒng)，以此設(shè)計(jì)出控制率。由于逆變器是典型的非線性系統(tǒng)，反演方法適合對(duì)復(fù)雜的非線性系統(tǒng)進(jìn)行分解，并保留所有的非線性信息。為擴(kuò)大控制方法的適用范圍，將反演控制與滑?？刂葡嘟Y(jié)合，提高控制器的魯棒性。全局快速終端滑?？刂剖窃谄胀ň€性滑模面的基礎(chǔ)上加入非線性項(xiàng)，使得系統(tǒng)在遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)時(shí)快速收斂，保證狀態(tài)跟蹤誤差能夠在有限時(shí)間內(nèi)到達(dá)零。反演全局快速終端滑模控制能夠在保證控制穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，加快控制速度。逆變器控制器包括模型參考自適應(yīng)控制設(shè)計(jì)和反演全局快速終端滑?？刂圃O(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)逆變器控制器具體步驟如下：A1)構(gòu)造虛擬控制函數(shù)。定義控制目標(biāo)為逆變器交流側(cè)輸出電壓vac，并網(wǎng)參考電壓vac*為電網(wǎng)工頻正弦交流電壓，令跟蹤偏差e1＝vac-vac*，則則虛擬控制函數(shù)為，其中，c1為一個(gè)大于零的實(shí)數(shù)。A2)選取Lyapunov函數(shù)，V1的導(dǎo)數(shù)為，如果e2＝0，那么所以需要設(shè)計(jì)新的Lyapunov函數(shù)。A3)定義滑模面為，其中，α,β是滑模面常數(shù)，p1，p2為正奇數(shù)，且p1＞p2；根據(jù)公式(10)和(9)可知，則根據(jù)公式(9)和(8)可得，當(dāng)系統(tǒng)遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)時(shí)，非線性部分能夠使得系統(tǒng)呈指數(shù)級(jí)數(shù)收斂，當(dāng)系統(tǒng)接近平衡狀態(tài)時(shí)線性部分αe1的收斂速度比非線性部分快，使得系統(tǒng)全局快速收斂。A4)加入模型參考自適應(yīng)控制，設(shè)計(jì)新的Lyapunov函數(shù)。模型參考自適應(yīng)控制設(shè)計(jì)如下：根據(jù)干擾項(xiàng)的性質(zhì)，假設(shè)其中，b0,b1,b2為正的未知常數(shù)。設(shè)和分別是b0,b1和b2的估計(jì)值，按照下式進(jìn)行自適應(yīng)控制律設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)未知參數(shù)b0,b1,b2的估計(jì)，即式中，正常數(shù)m0,m1和m2為自適應(yīng)增益；設(shè)是b0,b1,b2的估計(jì)誤差，因?yàn)閎0,b1,b2正的未知常數(shù)，所以有導(dǎo)數(shù)新的Lyapunov函數(shù)為，新的Lyapunov函數(shù)求導(dǎo)，根據(jù)式(12)和(16)可得，A5)采用模型參考自適應(yīng)(MRAC)和反演全局快速終端滑模(BGFTSMC)混合算法的控制律為，其中，將式(21)帶入式(20)，并結(jié)合式(15)可得，當(dāng)c1和c2＞0時(shí)有跟蹤軌跡在有限時(shí)間內(nèi)到達(dá)了滑模面，并停留在滑模面上，系統(tǒng)滿足李雅普諾夫第二穩(wěn)定性定理?xiàng)l件。說(shuō)明根據(jù)式(21)設(shè)計(jì)的占空比D使得跟蹤偏差e1為零，即控制逆變器輸出交流電壓vac趨近于電網(wǎng)參考電壓，故根據(jù)自適應(yīng)參數(shù)設(shè)計(jì)的控制律能夠滿足逆變器系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求。為了進(jìn)一步降低滑?？刂频亩墩瘳F(xiàn)象，在逆變器控制器中設(shè)計(jì)邊界層提高系統(tǒng)的跟蹤性能。其中，δ＞0，為邊界層厚。在設(shè)計(jì)的控制律中，(21)中含有項(xiàng)，當(dāng)e1＝0時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致奇異問(wèn)題。奇異問(wèn)題可以通過(guò)參數(shù)設(shè)計(jì)來(lái)避免，根據(jù)滑模面公式(14)，當(dāng)?shù)竭_(dá)滑模面時(shí)，sc＝0，所以設(shè)計(jì)正奇數(shù)p1,p2的范圍為p2＜p1＜2p2，即可保證和不奇異，因而不奇異。在本發(fā)明中令p1＝5,p2＝3以滿足非奇異設(shè)計(jì)的要求。全局快速終端滑?？刂仆ㄟ^(guò)參數(shù)設(shè)置，可以證明會(huì)在有限時(shí)間內(nèi)到達(dá)滑模面。證明過(guò)程如下：當(dāng)?shù)竭_(dá)滑模面時(shí)sc＝0，根據(jù)公式(14)，可以得到定義則則重新改寫(xiě)(24)為解此一階常系數(shù)線性微分方程，有當(dāng)t＝0時(shí)，C＝y(tǒng)(0)，則(27)為設(shè)到達(dá)平衡點(diǎn)(滿足e1＝0且y＝0)的時(shí)間為ts，公式(28)變成因此，即所以證明出從初始狀態(tài)e1(0)≠0到平衡狀態(tài)e1(ts)＝0的時(shí)間ts滿足下式說(shuō)明通過(guò)設(shè)定α,β,p1,p2，使得系統(tǒng)在有限時(shí)間內(nèi)到達(dá)平衡狀態(tài)。系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置如表一所示。表一系統(tǒng)參數(shù)表當(dāng)光照強(qiáng)度為1000W/m2，環(huán)境溫度為25℃時(shí)，光伏逆變器交流結(jié)果輸出如圖4所示。從圖中可以看出，逆變器在經(jīng)過(guò)7個(gè)周波的暫態(tài)過(guò)程后，輸出工頻正弦交流電，并穩(wěn)定運(yùn)行。說(shuō)明逆變器的控制算法有效。考慮到實(shí)際光伏系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的光照強(qiáng)度和環(huán)境溫度會(huì)隨時(shí)發(fā)生變化，圖5模擬了0.6秒的時(shí)間內(nèi)發(fā)生幾次階躍變化，圖6記錄下逆變器交流電壓輸出和光伏電池輸出功率。發(fā)現(xiàn)交流電壓在7個(gè)周波后即穩(wěn)定，當(dāng)光照和溫度發(fā)生變化時(shí)，交流電壓輸出基本不受影響，說(shuō)明逆變控制器能夠穩(wěn)定工作，算法魯棒性較強(qiáng)，能夠適應(yīng)不同的工作狀態(tài)。上述方法采用模型參考自適應(yīng)控制進(jìn)行控制率設(shè)計(jì)，達(dá)到自動(dòng)跟蹤擾動(dòng)的目的；上述方法滿足逆變器動(dòng)態(tài)響應(yīng)的要求，使得控制具有魯棒性；上述方法的反演控制把系統(tǒng)分解為降階的子系統(tǒng)，為子系統(tǒng)設(shè)計(jì)Lyapunov函數(shù)和虛擬控制函數(shù)保證控制穩(wěn)定性；上述方法的全局快速終端滑?？刂铺岣呦到y(tǒng)收斂速度，對(duì)可能出現(xiàn)的奇異問(wèn)題通過(guò)參數(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)行避免。綜上所述，本發(fā)明所述的逆變器控制方法能夠滿足魯棒性、穩(wěn)定性和快速性的要求，當(dāng)系統(tǒng)環(huán)境發(fā)生突變時(shí)，控制算法能可靠工作，使得光伏逆變器輸出穩(wěn)定的正弦交流電壓。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。