微电网逆变器无差拍控制算法的优化分析.pdf

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1、精密制造与自动化2012年第4期微电网逆变器无差拍控制算法的优化分析贾文超陈仁辉杜迎虎(长春工业大学吉林长春130000)摘要无差拍控制具有跟踪精度高，动态响应迅速的特点，但由于传统的无差拍控制质量在很大程度上取决于控制器和主电路中各器件参数的计算精确度“，存在鲁棒性不强的缺点。这里介绍了一种改进优化的无差拍控制算法，同时利用基于最小二乘法求取目标函数最小值的方法进行对系统参数离线优化分析设计，从而解决了存在的参数难以精确设计的问题，也改善了无差拍控制的鲁棒性不强的缺点。同时在Matlab(Simulink)建立系统模型进行仿真实验，

2、验证了无差拍控制算法的优化控制系统具有良好的稳态性能和快速的动态响应，使系统参数的变化有更好的鲁棒性，证明了改进优化算法的可行性。关键词逆变器无差拍控制最小二乘法离线优化分析随着自然能源的大量消耗，世界各国都加大了1无差拍控制系统设计对新能源的开发和利用，相继发展了光伏发电、风通过对单相桥式逆变电路(如图1所示)的分力发电等微电产业。逆变器是微电网中的重要核析¨，发现由于传统的无差拍控制质量很大程度心组成部分，为了让新能源由候补能源向替换能源上决定于控制器和主电路中各器件参数的计算精确进行转化，提高微电网供电的高可靠性和高安全性，度，

3、所以利用基于最小二乘法求取目标函数最小值对逆变器的控制技术““的研究得到了普遍的重进行对系统参数的离线优化，从而解决了存在的参视，目前有PID、重复、模糊、无差拍和神经网络数难以精确设计的问题。图2所示为无差拍控制系等控制技术。统框图。无差拍控制技术是在1959年由KalmanJ最早研究和开发成功的，并在20世纪80年代中期用于逆变器的控制技术。无差拍控制是一种基于状态空间方程、基于微机来实现的PWM控制技术。它是通过采样状态变量的值作为反馈信号，来计算下一个采样周期的脉冲宽度，是一种跟踪实时控制策略。无差拍控制动态响应快，仅需几个开

4、关周期时间的调整，就可以实现较高的控制性PWM信号发生能。但无差拍控制也存在自身的缺点，如鲁棒性不强，对系统器件参数的精度要求较高等。对于图1单相桥式电压型逆变电路滤波器，如果参数设计不精确，则会使系统不稳定或输出性能恶化。对用于微电网逆变器的无差拍控制算法进行了优化改进，并且搭建了Matlab(Simulink)仿真模型进行仿真试验。试验结果证明，经优化算法后的无差拍控制系统，具有良好的稳态性能和动态响应，也提高了系统的鲁棒性。图2无差拍控制系统框图28贾丈超等微电网逆变器无差拍控制算法的优化分析撇和流过滤波鼍电感的誓电流五作为系统

5、的状态变量，则⋯一建立系统空间状态方程为：从图1中可以看出，逆变器输出的电容两端电=WX+尸ll+，。(1)压即为负载两端电压“o，因为逆变器输出需要的是Y=QX(2)标准正弦电压。为了计算。时刻电容电压，即输出电压，只需计算出+1时刻参考电压蜥(m+1)的：[“。(f)i()](3)值来代替电容电压U(m+1)。由于微处理器存在着计算速度有限的问题，当=㈤计算出时刻的控制电压Uab(m)时，曲(m)也不能即时去实现控制，而是要延长1个采样周期才能实现控制，即控制输出延迟了一个采样周期。因为需=㈥要检测计算出输出的U0、iL，才能得到

6、下一个周期需要输出的脉冲宽度是电路难于实现，并且电流信号的精确测量存在着一定的难度，也因此输出正弦波的质量大大降低，因此对无差拍控制算法进行了优化改进。由iiL—io=iLUc=，得c儿i，一：二!一(10)。L“，：尘二一(11)。L图3无差拍控制系统框图整理得3改进无差拍控制算法=+由图2可得状态方程：在式(12)中，0，+㈧(6)：I：『?]：LLCRCjLLCj注一)]则有：+1)=蜀㈣+㈣+6㈣+㈣(7)(t)=e肌X。+'2ew(t-,-)(f)df(13)()=／,／()(8)当t=-O时，z(t)初始状态为，在0≤f≤

7、时，由式(7)、(8)可知tm时刻“。(m)，iL(m)，ah(m)为常数，在t=T时，和i。(m)决定了时刻tin+1的U(m+1)。同样，如果已X(t)=e+W一(e一1)pu(14)知U。(m+1)，U(m)，iL)，io(m)，则在时刻的输出电压为：可分析控制脉冲的形式如图4所示。29精密制造与自动化2012年第4期下面利用最小二乘法对系统参数进行分析，建E立对系统参数的最小二乘法目标函数。通过对目标函数求解，求其最小值，从而建立精确度高的系统模型。假设存在一个系统模型误差1(，则最小目标函数为：0tlt2minK(。)1N+

8、I，()图4控制脉冲=+aly(m．1)+azy(m．2)-a3u(m)-a4u(m一1))2(22)m=2在此脉冲的输入形式下，可以推导出各时段的为了求解目标函数的最小值，则需找到一组向系统离散方程，量O=[ala2a