一種基于模糊pi算法的微電網(wǎng)并網(wǎng)逆變器的控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于模糊PI算法的微電網(wǎng)并網(wǎng)逆變器的控制方法。該方法包括：（1）采樣當(dāng)前電網(wǎng)電壓、當(dāng)前并網(wǎng)逆變器的輸出電流和當(dāng)前濾波器的電容電流；（2）確定并網(wǎng)電流指令值；（3）調(diào)整PI控制器的比例系數(shù)和積分系數(shù)；（4）通過修正后的PI控制器得到濾波器的電容電流指令值；（5）通過P控制器得到并網(wǎng)逆變器的輸出電壓指令值；（6）產(chǎn)生控制信號(hào)控制并網(wǎng)逆變器開關(guān)管的通斷，在并網(wǎng)逆變器的功率輸出端產(chǎn)生期望的輸出電壓；（7）重復(fù)（1）～（6），使并網(wǎng)逆變器的輸出電流始終跟蹤指令值。本發(fā)明采用模糊算法在線調(diào)節(jié)PI控制器的控制參數(shù)，使逆變器的輸出電流能夠快速精確地跟蹤電流指令信號(hào)。
【專利說明】—種基于模糊PI算法的微電網(wǎng)并網(wǎng)逆變器的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力電子裝置控制【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種基于模糊PI算法的微電網(wǎng)并網(wǎng)逆變器的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]所謂微電網(wǎng)，就是一個(gè)小型的、完整的電網(wǎng)，它包括發(fā)電裝置、儲(chǔ)能裝置、距離非常短的輸電線路、負(fù)荷和控制系統(tǒng)。它是單一的可控單元，是能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護(hù)和管理的小型自治系統(tǒng)。其運(yùn)行方式靈活，既能與外部大電網(wǎng)相連接而并網(wǎng)運(yùn)行，也能脫離大電網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行。
[0003]美國(guó)可靠性技術(shù)解決方案協(xié)會(huì)(Consortium for Electric ReliabilityTechnology Solutions，簡(jiǎn)稱CERTS)是研究微電網(wǎng)的權(quán)威機(jī)構(gòu)。2002年，CERTS對(duì)微電網(wǎng)給出了較為完善的定義，主要包括:(1)微電網(wǎng)是一個(gè)小型的電網(wǎng)，包含負(fù)荷和小功率電源；
(2)微電網(wǎng)不僅可以為本地用戶提供熱能，也能保障用戶對(duì)電能的需求；(3)微電網(wǎng)是一個(gè)小型的自治系統(tǒng)，能夠安全地供電，也能滿足用戶對(duì)電能質(zhì)量的要求；(4)微電網(wǎng)中的逆變和整流等電能轉(zhuǎn)換過程大部分需要電力電子器件的工作，同時(shí)它也能對(duì)微電網(wǎng)進(jìn)行必要的控制。
[0004]由此可見，并網(wǎng)逆變器是微電網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備，其性能直接關(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)能單元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(P)和輸出無功功率(Q)。一般來說，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，要使用無源器件組成的濾波器來濾掉這些諧波。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。
[0005]通常，抑制諧振有兩種方式:一種是無源阻尼法，另一種是有源阻尼法。所謂無源阻尼法，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實(shí)現(xiàn)抑制諧振的目的，常用的有源阻尼法包括:并網(wǎng)電流外環(huán)電容電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)比例-積分(PI)控制策略，基于高階極點(diǎn)配置的雙閉環(huán)PI控制策略，加權(quán)電流平均值反饋PI控制策略，以及并網(wǎng)電流、電容電壓和電感電流的三環(huán)PI控制策略等。但是，在以上方法中，PI控制器的比例和積分系數(shù)是恒定的，這導(dǎo)致在某些系統(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，逆變器無法快速精確地跟蹤控制指令，不能及時(shí)調(diào)節(jié)輸入輸出的有功和無功功率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種基于模糊PI算法的微電網(wǎng)并網(wǎng)逆變器的控制方法，使用LCL濾波器濾波并引入電容電流內(nèi)環(huán)控制抑制諧振的同時(shí)，采用模糊算法在線調(diào)節(jié)PI控制器的控制參數(shù)，使逆變器的輸出電流能夠快速精確地跟蹤電流指令信號(hào)，從而控制微電網(wǎng)各個(gè)分布式發(fā)電單元和儲(chǔ)能單元與大電網(wǎng)之間的有功和無功功率的順利傳遞。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種微電網(wǎng)并網(wǎng)逆變器的控制方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0008](1)對(duì)電網(wǎng)電壓、并網(wǎng)逆變器的輸出電流和濾波器的電容電流進(jìn)行采樣，得到當(dāng)前電網(wǎng)電壓Ua。、當(dāng)前并網(wǎng)逆變器的輸出電流I1和當(dāng)前濾波器的電容電流i。；
[0009](2)根據(jù)當(dāng)前電網(wǎng)電壓ua。和期望的并網(wǎng)功率確定并網(wǎng)電流指令值ilMp ；
[0010](3)根據(jù)當(dāng)前并網(wǎng)逆變器的輸出電流I1和并網(wǎng)電流指令值ilMp之差，調(diào)整PI控制器的比例系數(shù)和積分系數(shù)；
[0011](4)通過修正后的PI控制器得到濾波器的電容電流指令值i_p ;
[0012](5)根據(jù)當(dāng)前濾波器的電容電流i。和濾波器的電容電流指令值iraep，通過P控制器得到并網(wǎng)逆變器的輸出電壓指令值Utop ;
[0013](6)根據(jù)并網(wǎng)逆變器的輸出電壓指令值Uliep，產(chǎn)生用于控制并網(wǎng)逆變器開關(guān)管的控制信號(hào)，利用該信號(hào)控制并網(wǎng)逆變器開關(guān)管的通斷，從而在并網(wǎng)逆變器的功率輸出端產(chǎn)生期望的輸出電壓；
[0014](7)重復(fù)執(zhí)行上述步驟(1)~(6)，使并網(wǎng)逆變器的輸出電流始終跟蹤指令值。
[0015]優(yōu)選地，所述步驟(3)進(jìn)一步包括如下子步驟:
[0016](3-1)計(jì)算并網(wǎng)電流指令值i—和當(dāng)前并網(wǎng)逆變器的輸出電流il的誤差e，以及誤差變化率ec=e-e(l，其中，e0為上個(gè)循環(huán)內(nèi)，并網(wǎng)電流指令值和采樣的當(dāng)前并網(wǎng)逆變器的輸出電流的誤差；
[0017](3-2)分別將誤差e和誤差變化率e。歸一化得到E和E。，使E和E。落入輸入論域中，選取模糊集合{NB，匪，NS, Z，PS, PM，PB}，將E和E。代入各個(gè)模糊變量在論域上的隸屬度函數(shù)中，得到E和E。的隸屬度；
[0018](3-3)采用Mamdani模糊推理方法，根據(jù)模糊控制規(guī)則進(jìn)行模糊推理，由E和Ec的隸屬度得到模糊輸出量kp和Ici及其對(duì)應(yīng)的隸屬度；
[0019](3-4)采用CentiOid重心平均法，根據(jù)模糊輸出量kp和Iii及其對(duì)應(yīng)的隸屬度，得到精確輸出量i;進(jìn)一步得到控制輸出量八&和Λ Ki，從而得到調(diào)整后的PI控制器的比例系數(shù)K’ ρ=Κρ+ Δ Kp和積分系數(shù)K’ ^Ki+ Λ Ki，其中，Kp為上個(gè)循環(huán)結(jié)束時(shí)PI控制器的比例系數(shù)，Ki為上個(gè)循環(huán)結(jié)束時(shí)PI控制器的積分系數(shù)。
[0020]優(yōu)選地，所述步驟(3-3)中，kp的模糊控制規(guī)則如下:
[0021]
【權(quán)利要求】
1.一種微電網(wǎng)并網(wǎng)逆變器的控制方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)對(duì)電網(wǎng)電壓、并網(wǎng)逆變器的輸出電流和濾波器的電容電流進(jìn)行采樣，得到當(dāng)前電網(wǎng)電壓Ua。、當(dāng)前并網(wǎng)逆變器的輸出電流I1和當(dāng)前濾波器的電容電流i。； (2)根據(jù)當(dāng)前電網(wǎng)電壓ua。和期望的并網(wǎng)功率確定并網(wǎng)電流指令值ilMp; (3)根據(jù)當(dāng)前并網(wǎng)逆變器的輸出電流I1和并網(wǎng)電流指令值ilMp之差，調(diào)整PI控制器的比例系數(shù)和積分系數(shù)； (4)通過修正后的PI控制器得到濾波器的電容電流指令值i_p； (5)根據(jù)當(dāng)前濾波器的電容電流i。和濾波器的電容電流指令值i_p，通過P控制器得到并網(wǎng)逆變器的輸出電壓指令值U1mp ； (6)根據(jù)并網(wǎng)逆變器的輸出電壓指令值Utop，產(chǎn)生用于控制并網(wǎng)逆變器開關(guān)管的控制信號(hào)，利用該信號(hào)控制并網(wǎng)逆變器開關(guān)管的通斷，從而在并網(wǎng)逆變器的功率輸出端產(chǎn)生期望的輸出電壓； (7)重復(fù)執(zhí)行上述步驟(1)~(6)，使并網(wǎng)逆變器的輸出電流始終跟蹤指令值。
2.如權(quán)利要求1所述的微電網(wǎng)并網(wǎng)逆變器的控制方法，其特征在于，所述步驟(3)進(jìn)一步包括如下子步驟: (3-1)計(jì)算并網(wǎng)電流指令值ilMp和當(dāng)前并網(wǎng)逆變器的輸出電流il的誤差e，以及誤差變化率ec=e-e(1，其中，e0為上個(gè)循環(huán)內(nèi)，并網(wǎng)電流指令值和采樣的當(dāng)前并網(wǎng)逆變器的輸出電流的誤差； (3-2)分別將誤差e和誤差變化率e。歸一化得到E和E。，使E和E。落入輸入論域中，選取模糊集合{NB，匪，NS, Z，PS, PM，PB}，將E和E。代入各個(gè)模糊變量在論域上的隸屬度函數(shù)中，得到E和E。的隸屬度； (3-3)采用Mamdani模糊推理方法，根據(jù)模糊控制規(guī)則進(jìn)行模糊推理，由E和E。的隸屬度得到模糊輸出量kp和Ici及其對(duì)應(yīng)的隸屬度； (3-4)采用CentiOid重心平均法，根據(jù)模糊輸出量kp和Ici及其對(duì)應(yīng)的隸屬度，得到精確輸出量i;進(jìn)一步得到控制輸出量八&和Λ Ki，從而得到調(diào)整后的PI控制器的比例系數(shù)K’ Ρ=ΚΡ+ Δ Kp和積分系數(shù)K’ ^Ki+ Λ Ki，其中，Kp為上個(gè)循環(huán)結(jié)束時(shí)PI控制器的比例系數(shù)，Ki為上個(gè)循環(huán)結(jié)束時(shí)PI控制器的積分系數(shù)。
3.如權(quán)利要求2所述的微電網(wǎng)并網(wǎng)逆變器的控制方法，其特征在于，所述步驟(3-3)中，kp的模糊控制規(guī)則如下:
4.如權(quán)利要求2或3所述的微電網(wǎng)并網(wǎng)逆變器的控制方法，其特征在于，所述步驟(4)具體為:將誤差e輸入PI控制器中，分別進(jìn)行以K’ p為系數(shù)的比例計(jì)算和以K’ i為系數(shù)的積分計(jì)算，得到濾波器的電容電流指令值i_p。
【文檔編號(hào)】H02J3/32GK103956769SQ201410140560
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年4月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月8日
【發(fā)明者】徐偉, 穆朝絮 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)