利索能及
我要发布
收藏
专利号: 2019107890685
申请人: 闽江学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-11-04
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种基于切换观测器控制的光伏逆变系统控制方法,其特征在于,具体包括以下步骤:

步骤S1:搭建光伏多模态切换逆变系统;

步骤S2:根据物理学原理以及T-S模型的表达方法,建立光伏逆变系统的模糊模型;

所述步骤S2具体为:

步骤S21:在同步的d-q参考坐标系中,有功功率P和无功功率Q计算为:式中,ud和uq分别表示d轴和q轴的电压有效值,φd和φq分别表示d轴和q轴的电流有效值;

令uq=0,则从d轴和q轴输出电流到有功和无功功率的转换函数计算为:式中P*和Q*分别是有功功率和无功功率参考值, 和 分别表示d和q轴的参考电流;

通过三相DC/AC变换器进行电流源控制,跟踪同步dq参考坐标系中的电流基准;d轴和q轴电流参考 和 直接注入或根据所需的有功功率和无功功率计算公式(2)得到;

考虑DC/AC变换器的数学模型如下:式中,vdc,φdc,Cpv分别表示变换器的输入电压,电流和电容;ud和φd分别是d轴的电压有效值与电流有效值;R1,L1,ω分别是电阻、电感和电压频率;ed和eq分别是d轴和q轴的电压;

忽略变换器的转换损耗,直流与交流之间传输的有功功率可以表示为:式中,v0,LA和φ0,LA分别表示铅酸电池的输出电压和输出电流;v0,PV和φ0,PV分别表示光伏电源的输出电压和输出电流;ud和φd是d轴电压与电流的有效值;

步骤S22:根据光伏逆变系统不同的功率模式,构建对应的模糊模型,得到光伏逆变系统的模糊模型;

步骤S3:根据光伏逆变系统的模糊模型,设计切换观测控制器,使得光伏逆变系统能够稳定运行,并保证其稳态性能。

2.根据权利要求1所述的基于切换观测器控制的光伏逆变系统控制方法,其特征在于:所述光伏多模态切换逆变系统包括光伏发电板、双向DC/DC模块、铅酸蓄电池和直流负载。

3.根据权利要求1所述的基于切换观测器控制的光伏逆变系统控制方法,其特征在于:所述功率模式包括欠功率模式、可接受功率模式和过功率模式。

4.根据权利要求3所述的基于切换观测器控制的光伏逆变系统控制方法,其特征在于:所述欠功率模式下,太阳能光伏功率不足以满足交流负载,太阳能光伏变换器采用MPPT算法,铅酸蓄电池变换器用作电压源,通过电池放电操作来调节输出电压;为了使用模糊控制方法获得精确的电流共享和理想的电压调节,交流总线电压在电池的最大放电电流时达到其最小可接受值;带有升压变换器的铅酸蓄电池系统模型,如公式(5)所示:式中,角标LA表示铅酸电池系统,φ1,LA,φm,LA,φp,LA,φ0,LA是铅酸电池内部回路电流,R1,LA,R0,LA是内部电阻,C1,LA,C0,LA是内部电容,Gp,LA,vPN,LA分别是蓄电池内部分支能量与电压,u3是控制输入;

带降压变换器的光伏电源的模型表达如下:式中,角标PV表示太阳能发电系统,vPV,φPV分别表示太阳能的输出电压和输出电流,CPV和LPV分别是输出电容与电感,φL,PV是流过电感的电流,u1是控制输入,R0,PV,RL,PV,RM,PV是电阻,VD,PV是二极管两端电压,C0,PV是电容,v0,PV和φ0,PV分别是电阻R0,PV的电压与电流;

定义基准电压vref,

并从式(1)-(6)得出:

定义x(t)=[φ1,LA  φm,LA  e0,LA  vPV  φL,PV  e0,PV  vdc εd εq]T,并选择作为模糊前件变量,增益模糊系统由下式给出:

规则 是 是 ......, 是 那么式中, 表示第l个模糊推理规则; r是推理规则的个数; 是模糊集;

和 分别表示系统状态和控制输入; 可测量的变量;

第l个局部模型{Al,Bl}和干扰项ω(t)由下式得出;

5.根据权利要求3所述的基于切换观测器控制的光伏逆变系统控制方法,其特征在于:所述可接受功率模式下,太阳能光伏功率满足交流负载,蓄电池不起作用光伏变换器采用MPPT算法,通过模糊跟踪控制器来调节交流总线电压,系统模型如下:定义 和x(t)=[vPV φL,PV e0,PV εd εq]T,并选择 作为模糊前件变量,增益模糊系统可由下式得到:

规则 如果 是 是 ......, 是 那么式中, 表示第l个模糊推理规则; r模糊规则的个数; 是模糊集;

和 分别表示系统状态和控制输入; 是可测量的变量;

第l个局部模型{Al,Bl}和干扰项ω(t)如下式所得:

6.根据权利要求3所述的基于切换观测器控制的光伏逆变系统控制方法,其特征在于:所述过功率模式下,太阳能光伏功率大于负载功率,光伏变换器采用MPPT算法,蓄电池通过充电来调节交流总线电压,得到系统模型如下:MPPT的参考电压v*由式(7)、(8)计算;定义基准电压vref,x(t)=[φ1,LA φm,LA e0,LA vPV φL,PV e0,PV]T,式(13)中的系统可改写如下:选择 作为模糊前件变量,增益

模糊系统可由下式得到:

规则 如果 是 是 ......, 是 那么式中, 表示第l个模糊推论规则; r是推理规则的个数; 是模糊集;

和 分别表示系统状态和控制输入, 是可测量的变量;第l个局部模型{Al,Bl}和干扰项ω(t)由下式得到:k1=R1,LAC1,LA,k2=R0,LAC0,LA,k3=C0,PVCLA,k4=R0,PV+R0,PVRL,PV,k5=R0,PV-R0,PV,

7.根据权利要求1所述的基于切换观测器控制的光伏逆变系统控制方法,其特征在于:所述步骤S3具体为:

步骤S31:设计一模糊状态估计器,用于估计出光照度G:观测器规则R1:如果z1是 z2是 z3是 ...,并且z10是 那么:其中 是观测器状态;如果 它是一个降维的观测器,否则,它就是一个全维的观测器;

同理,全局T-S模型由下式给出:考虑以下全局模糊控制器:

其中符号 由估算的模糊前件变量z7得出,将控制器上的所有前件变量都被定义为定义 可得:

式中,

式(20)中的闭环误差系统,并且对于L2增益性能水平γ>0,设计基于模糊观测器的控制器,使得PV功率系统渐近稳定,并且对于任意非零 在零初始条件下,运算符从到电压跟踪同步ζ的L2范数小于γ;

步骤S32:基于式(20)中的增广闭环模糊控制系统,提出未知太阳辐照下光伏发电系统的MPPT如下:考虑 式中 并且 若以下

不等式成立,H∞性能可以被由以下的公式保证若下列不等式成立,最大功率的光伏发电系统是稳定的且具有H∞性能指标:其中F=[1 0 0 0];

由于公式(25)是非线性矩阵不等式,首先定义:式中, 是对称

正定矩,{P1(1),P2(1),P1(2),P2(2)}是适当维数矩阵,{P1(3),P2(3)}是标量,可得出:式中,

把式(26)代入式(24),可得:式中,

将式(28)通过Γ=diag{X-1 I}进行全等变换,并且使用锥补定理可得:式中,

通过提取模糊前件变量可得:

式中,

由于 假设 其中δ1是个正定的标量,如果Φls+Ml≥0,其中Ml是对称矩阵,可得:

因此,定义

假设 并且基于式(29)和(31),用以下算法来计算模糊控制器和观察器增益:

a)对于矩阵 接触以下不等式

∑ls+∑sl<0,1≤l<s≤r,             (33)式中 , 进而得出 并且算出

b)用控制器增益 接出以下不等式式中,

可以得出γ,P1,P2, 并且计算出C)利用P1和P2,并解出如下不等式式中,

可得出 和 如果 使用控制器增益并转至步骤b);如果 则输出γ,Ks,Ls,并停止。