光伏并网逆变器滑模变结构控制研究综述

文章对光伏并网逆变器的滑模变结构控制策略进行了分类;同时对并网逆变器离网工作模式下的滑模变结构控制研究现状,单相逆变器并网工作模式下的滑模变结构控制研究现状,三相逆变器并网工作模式下电流滑模变结构控制研究现状,三相逆变器并网工作模式下的直接功率滑模变结构控制研究现状分别进行了分析。总结了光伏并网逆变器滑模变结构控制策略的滑模面设计、控制律求解、系统抖振以及到达滑模面过程中的稳定性等关键技术的研究方法和思路,并对光伏并网逆变器滑模变结构控制的未来研究方向提出了一些建议。     

基于优化滑模控制的小型风电并网逆变器研究

为改善小型风电并网逆变器的动态性能,针对传统PI控制的缺点,结合小型风力发电并网逆变器的数学模型,将滑模变结构控制应用到小型风电单相并网逆变器控制中。为有效削弱滑模控制的抖振问题,对指数趋近率进行了优化处理,推导了优化滑模控制在小型风电并网逆变器中的存在性及稳定性,改进后的控制提高了控制系统的稳定性和动态特性。最后搭建了仿真和实验平台,给出了仿真和实验结果。     

LCL滤波型三相并网逆变器的电流滑模控制策略

三相LCL型并网逆变器由于具有良好的高频衰减与高功率等优势,在分布式并网发电系统中获得广泛应用.然而,LCL型并网滤波网络的高频谐振特性有可能造成并网电流畸变严重,导致系统发生不稳定现象.基于此,有效利用滑模算法的非线性抗扰特性,提出一种新型的电流滑模变电流内环控制系统,进一步采用了一种改进型幂次趋近律有效地改善了滑模抖振现象.为验证所分析的正确性,构建了完整的仿真与实验测试模型,给出了详细的理论分析与滑模变结构设计方案.仿真与实验结果充分明了提出的控制策略可实现逆变器并网电流与电网电压同频同相,有效改善了并网性能并提高了系统的鲁棒性.     

三相电压型逆变器的滑模控制律参数优化设计∗

针对三相电压型逆变器滑模控制中滑模函数和趋近律参数选取困难的问题,提出一种滑模控制律参数优化 设计方法.首先,根据三相电压型逆变器的基本工作原理,建立了三相电压型逆变器的dＧq 数学模型.其次,将滑模 变结构控制应用到三相电压型逆变器系统中,设计合理的滑模函数并采用等速趋近律推导出滑模控制律,再将滑模控 制律带到三相电压型逆变器闭环系统,得到偏差的数学模型.根据系统跟随性能的要求,讨论并推导了滑模控制律中 参数优化的选择公式.最后,利用PSIM 仿真软件,搭建了三相逆变器的滑模变结构控制闭环系统,通过仿真实验验 证了所提滑模控制律参数优化设计的合理性和可行性.     

离散滑模控制的Buck-Boost光伏逆变器仿真研究

为了获得比较理想的正弦输出电压,优化逆变器的性能,基于Buck-Boost光伏逆变器,采用了离散滑模变结构的控制策略。Buck-Boost光伏逆变器可以获得比直流输入电源高或低的交流输出电压,详细分析了所提逆变器的拓扑结构和工作原理,利用状态空间平均法建立了系统数学模型,并详细阐述了离散滑模控制原理。利用Matlab/Simulink工具对控制系统进行了仿真研究,仿真结果表明采用离散滑模控制的Buck-Boost光伏逆变器对系统扰动和负载变化具有很强的鲁棒性,系统具有良好的动态响应。     

三相Boost光伏逆变器的滑模变结构控制

为了获得比较理想的正弦输出电压,优化逆变器的性能,基于三相Boost光伏逆变器,采用了滑模变结构的控制策略。Boost光伏逆变器可以获得比直流输入电源高或低的交流输出电压,分析了逆变器的拓扑结构和工作原理,利用状态空间平均法建立了系统数学模型,并阐述了滑模变结构控制原理。利用Matlab/Simulink工具对控制系统进行了仿真研究,仿真结果验证了该变换器的优点和滑模变结构控制策略的有效性。     

一种离散全局滑模控制Buck变换器设计

为了保持离散指数趋近律法设计的全局滑模控制系统的良好瞬态特性,削弱全局滑模控制系统的抖振,简化离散全局滑模控制律结构和设计,提出了一种结构更简单的离散全局衰减律.理论分析了离散全局衰减律下准全局滑动模态的收敛性和稳态特性,给出了全局衰减控制律的设计方法.仿真研究了离散全局衰减律用于离散全局滑模控制Buck变换器设计的正确性和有效性.仿真结果表明,全局衰减律适用于离散全局滑模控制,削弱了系统抖振.离散全局衰减控制Buck变换器较离散指数趋近控制具有更小输出电压纹波.     

永磁同步电动机滑模控制仿真

研究了一种利用位置信号误差和滑模增益之间的非线性关系来设计的滑模增益,再结合变指数趋近律来改善滑模控制的鲁棒性及削弱滑模抖振,并将这种新的变指数趋近律滑模变结构应用于永磁同步电动机伺服系统的位置控制.应用Matlab/Simuhnk及Matlab编程建立了永磁同步电动机伺服系统的矢量控制系统的仿真模型,仿真结果表明,该滑模控制方法不仅有效抑制了滑模变结构的抖振,还增强了控制系统的鲁棒性.     

基于指数趋近律滑模控制的逆变器死区补偿

为了削弱三相逆变器因开关死区、开关导通关断延迟等对并网电流的影响,在分析死区效应产生的平均误差电压的基础上,改变传统固定死区时间的设定方法,根据电流幅值自适应调整死区时间,建立了逆变器的死区补偿模型。在不需要进行电流极性检测基础上结合滑模变结构控制方法提出了基于指数趋近律滑模控制方法来设计电流控制器,利用反正切函数替代符号函数抑制了滑模控制所固有的抖振现象,实现了死区补偿和逆变器的鲁棒控制。利用TMS320F2812 DSP芯片实现补偿算法,在10 kW三相并网逆变器样机上验证了死区补偿算法的有效性。     

单相光伏并网逆变器的反步滑模控制策略

为了克服光伏并网逆变系统受外界干扰和系统参数的不确定性等多种因素的干扰,以逆变器的输出滤波电容电压及其导数为状态变量,将反步法和滑模控制相结合,提出了基于反步滑模控制的光伏并网逆变器控制策略。推导了具有参数不确定和外界干扰情况下的逆变器的反馈控制律。为了获取光伏阵列的全局最大功率点(maximum power point,MPP),提出了一种基于改进粒子群优化算法(particle swarm optimization,PSO)的最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)方法,将占空比分为两部分进行初始化,建立了光伏阵列运行功率与占空比之间的线性关系。仿真和试验结果验证了所提控制策略的有效性。     

三相LCL并网逆变器无参数滑模预测控制策略

常规三相LCL并网逆变器模型预测电流控制方法存在计算量大、参数鲁棒性差等缺点。为了解决这些问题,提出了一种三相LCL并网逆变器无参数滑模预测电流控制方法。该方法利用滑模控制理论,建立了一种新型无参数电流控制价值函数,无需采用模型参数即可实现并网电流预测控制,从而简化了控制系统的预测过程。此外,该方法省去了逆变器侧电流传感器和电容电压传感器,节约了硬件成本,提高了系统运行可靠性。最后,根据常规模型预测电流控制和滑模预测电流控制的优点,提出了一种三相并网逆变器自适应预测控制方法,提高了并网逆变器控制对模型参数失准的适应能力。实验结果表明,在系统参数失准的情况下,所提出的控制策略具有更小的并网电流控制误差,有效地提高了系统参数鲁棒性。     

基于自适应滑模控制的燃料电池电站输出波形控制策略

为得到与燃料电池电站相适应的输出波形,研究了基于自适应滑模控制的燃料电池电站输出波形控制策略。滑模变结构控制具有响应快、抗干扰等优点,但也有控制输出抖振的问题。为有效克服离散滑模变结构控制的抖振问题,采用自适应趋近律来改善滑模变结构控制,实现对燃料电池电站功率调节系统逆变器输出波形的控制。同时,为抑制系统外部干扰和测量噪声,在控制系统中加入了滤波环节。仿真实验结果表明,采用自适应趋近律改善的滑模变结构控制器有良好的抗干扰能力,能较好地抑制抖振。     

基于滑模观测器的LCL型并网逆变器鲁棒预测控制研究

针对常规LCL型并网逆变器的有限控制集模型预测控制（FCS-MPC）参数鲁棒性差的问题,提出一种基于滑模观测器的LCL型并网逆变器鲁棒预测控制方法。首先,分析了参数变化对常规LCL型并网逆变器电网电流预测控制的影响;然后,根据超局部建模理论建立LCL型并网逆变器的一阶超局部模型,使用滑模观测器对系统的集总扰动进行估计,提高系统控制的动态性能,实现并网电流的鲁棒预测控制;最后,通过搭建Typhoon602+仿真器和PE-Expert4控制器实验平台验证了所提方法的有效性。     

经VSC-HVDC系统并网的风电场反馈线性化滑模控制

以减少风电场并网对电网的影响及提高并网系统鲁棒性为目的,采用基于反馈精确线性化的滑模变结构控制策略对经高压直流输电并网的风电场系统两侧换流站的控制进行设计。首先建立电压源换流器在dq坐标系下的数学模型,然后采用基于精确线性化解耦的滑模变结构控制方法设计高压直流输电系统两侧换流站,解决传统双闭环控制方法调节能力差以及参数整定困难等问题,进一步提高控制系统的抗干扰能力与动态稳定性,最后在Matlab/Simulink中建立经高压直流输电系统并网的风电场仿真模型,对比加入滑模变结构前后的仿真波形图,验证控制系统的各方面性能。     

基于变指数趋近律的永磁同步电机滑模控制研究

滑模趋近律及滑模增益的选择直接影响滑模控制的鲁棒性和滑模控制导致的抖振。将一种新的变指数趋近律滑模变结构应用于永磁同步电机伺服系统的位置控制,并结合一种新颖的滑模增益设计方法来改善滑模控制的鲁棒性,削弱滑模变结构的抖振。通过利用位置信号误差和滑模增益之间的非线性关系,给出了这种新颖滑模增益的设计方法。应用Matlab编程对永磁同步电机伺服系统的位置控制效果进行了仿真,其仿真结果表明该滑模控制方法不仅有效抑制了滑模变结构的抖振,同时增强了控制系统的鲁棒性。     

基于单周定频滑模控制的双Buck全桥并网逆变器

通过结合单周控制和滑模控制得到单周定频滑模控制,并在分析双Buck全桥并网逆变器工作原理的基础上,重点研究了该拓扑的单周定频滑模控制。仿真结果表明,在新控制方法下的双Buck全桥并网逆变器对输入扰动和电网扰动都具有很好的抑制能力,表现出很好的动态和稳态性能,且输出并网电流波形谐波含量低,波形质量好,是一种具有高性能的并网逆变电源。     

基于滑模控制的新型双准Z源NPC型五电平逆变器并网控制策略

针对传统双Z源二极管箝位(NPC)型五电平逆变器的Z源网络电感启动电流过大、升压能力有限等问题,提出一种新型的双准Z源NPC型五电平逆变器拓扑结构。用一种新型的双准Z源结构代替传统的双Z源结构,能够降低近2/3的Z源网络电感启动电流,提升逆变器直流侧电压接近2倍。将滑模控制应用到准Z源五电平逆变器系统的控制中,该方法无需线性化处理,只需通过系统数学模型就可推导出适当的控制规律。分析新型双准Z源五电平逆变器拓扑的工作原理;应用状态空间法和小信号模型对准Z源五电平并网系统进行数学模型推导和分析,并进行滑模控制器的设计;仿真和硬件实验结果表明,与传统比例-积分(PI)控制相比,滑模控制能够显著提高系统稳定性,降低电流谐波。     

基于多滑模变结构的双向并网变换器虚拟惯性控制策略

针对直流微电网惯性低、母线电压抗干扰能力差的问题,以双向并网变换器为控制对象,提出一种基于多滑模变结构的虚拟惯性控制策略。内环采用基于指数趋近律的滑模电流控制,快速跟踪并网电流给定值,提高系统的响应速度。外环建立虚拟惯性控制方程与电压滑模面结构,增强直流微电网的惯性,平抑直流母线电压波动。通过小信号扰动法和Nyquist判据证明了双向并网变换器在所提控制策略下的稳定性。最后,搭建了相应的仿真模型和StarSim HIL硬件在环实验平台。仿真及实验结果表明,与基于PI控制和无源控制的虚拟惯性控制策略相比,文章所提控制策略具有更好的动态、静态特性,提高了直流母线电压的稳定性。