姜慧鵬,，劉宜成，蒲明,，龐冰洋

　　（四川大學 電氣信息學院,，四川 成都 610065）

       摘要：為了改善單相LCL型并網逆變器的穩(wěn)態(tài)性能和瞬時響應性能,，提出了一種基于改進切換函數的滑?？刂?/a>策略,。該控制策略從開關函數模型角度分析單相LCL型并網逆變器的數學模型，得到系統的狀態(tài)方程,。通過選取合適的滑模面,，求得等效控制。提出一種改進的切換函數設計滑?？刂破?，并用李雅普洛夫第二法證明了系統的穩(wěn)定性,。最后用MATLAB對系統進行了仿真實驗,，仿真結果表明，采用該控制策略的逆變器具有較好的穩(wěn)態(tài)性能和瞬時響應性能,，其并網電流畸變率為0.41%。

　　關鍵詞：滑?？刂?；并網逆變器；LCL,；李雅普洛夫第二法

0引言

　　目前，煤炭,、天然氣等不可再生資源的日益消耗,，使環(huán)境污染越來越嚴重,，各國都在積極尋求高效,、清潔的可再生能源,，利用太陽能發(fā)電的技術及設備成為研究熱點［1］,。

　　并網逆變器就是其中的一項關鍵設備,，它將光伏電池輸出的直流電轉換為有諧波的交流電,。為了減小諧波的影響,，需要對逆變過后的并網電流進行濾波［2］,。LCL濾波器的體積小且能有效濾除電流中的高頻分量,，因此被越來越多地采用。不過這種濾波器的電容支路會引起諧振,，這就要求控制器具有更強的穩(wěn)態(tài)性能和更好的響應性能［35］,。

　　逆變器控制方法已有很多學者研究，常見的幾種也各有其優(yōu)劣勢,。滯環(huán)控制穩(wěn)定性好、響應快，但要求開關頻率高,，損耗加大［68］,。PI控制技術成熟、可靠性高,，但具有穩(wěn)態(tài)誤差［910］,。另外有學者采用具有較好穩(wěn)定性,、魯棒性和瞬時響應特性的滑?？刂疲?011］,，但對逆變器的模型做了一定的簡化,，且在控制器中引入了基于傳遞函數模型的PI控制,。本文從開關函數角度出發(fā),，推導了單相LCL型并網逆變器的數學模型，并采用基于改進切換函數的滑?？刂撇呗栽O計控制器。最后,，用MATLAB仿真驗證了控制器的有效性和正確性,。

1電路結構及數學模型

　　單相LCL型并網逆變器采用橋式逆變,，并網側用LCL濾波器濾波,，電路結構如圖1 所示,。其中,，Udc,、Uin、UC和e分別直流側電壓,、逆變器輸出電壓,、濾波電容電壓和并網電壓；iL,、iC,、ig分別為流過逆變器側電感L1的電流、流過濾波電容Cf的電流和流過網側電感Lg的并網電流［12］,?！?/p>

　　由基爾霍夫電壓和電流定律，列出各個回路的電路方程如下：

　　其中,，Sk為開關函數,。

　　以上方程可化簡為：

　　取x=［x1x2x3］=［ig-irefg-refg-ref］,u=Sk,，則有狀態(tài)方程：

　　2滑模控制器的設計

　　滑?？刂朴谢诘刃Э刂坪突谮吔傻膬煞N實現方法［13］,，這里采用基于等效控制的方法。設計步驟如下,。

　　首先選取滑模面：

　　s=x1+k1x2+k2x3（4）

　　其中，k1,、k2為大于零的常數,。

　　由s=0得：

　　=1+k12+k23=0 （5）

　　將式（3）代入推導得：

　　在取切換控制時,，采用改進的切換控制函數：

　　un=－k3s－k4sgn(s)（7）

　　其中,，k3,、k4為大于零的常數。則可以得到控制量u=ueq+un,，即：

　　這里得到的控制量是一個連續(xù)的時間信號,，需要通過一個PWM產生器，產生4個開關信號來控制全橋的對應開關,。

　　3穩(wěn)定性的證明

　　取正定標量函數：

　　根據李雅普諾夫第二法的相關論述可知系統穩(wěn)定,。

4系統仿真分析

　　為了證明改進的滑模控制器的有效性,，用MATLAB對一臺額定容量為1 kVA的并網逆變器進行了仿真,，控制器分別采用雙閉環(huán)（PI+P）控制策略［14］和改進的滑模控制策略,。表1列出了系統的仿真參數,。

　　為觀察系統的穩(wěn)態(tài)性能，在并網逆變器穩(wěn)定運行時,，分析并網電壓與并網電流,，并對并網電流做FFT分析。為了突出對比,，將電流放大了10倍顯示,。

　　采用雙閉環(huán)（PI+P）控制策略時,，并網電壓和并網電流如圖2所示,，并網電流的FFT分析如圖3所示，并網電壓與并網電流同頻同相,，THD為0.66%,。

　　采用改進的滑模控制策略時,，并網電壓和并網電流如圖4所示,，并網電流的FFT分析如圖5所示，并網電壓與并網電流同頻同相,，THD為0.41%,，系統具有較好的穩(wěn)態(tài)性能。

　　為觀察系統的瞬時響應性能,，分析了負載在滿載與半載之間跳變的情況,，得到了跳變（跳變時刻t=0.025 s）時的并網電流波形。

　　采用雙閉環(huán)（PI+P）控制策略時,，半載至滿載跳變的情況如圖6所示,，滿載跳變至半載的情況如圖7所示，并網電流能在0.002 s（0.1個周期）內恢復穩(wěn)定運行,，且有最大為0.7的超調,。

　　采用改進的滑模控制策略時,，半載至滿載跳變的情況如圖8所示,，滿載跳變至半載的情況如圖9所示，并網電流能在0.001 s（0.05個周期）內恢復穩(wěn)定運行,，且沒有超調,，系統具有較好的瞬時響應性能。

5結論

　　本文推導了單相LCL型并網逆變器的數學模型,，提出了一種基于改進切換函數的滑?？刂撇呗浴? kVA并網逆變器的仿真研究表明，采用本文所提出的滑?？刂撇呗?，系統具有較好的穩(wěn)態(tài)性能，在負載跳變后,，系統能快速地恢復穩(wěn)定運行,，具有很好的瞬時響應特性。

參考文獻

　?。?］ 艾欣,韓曉男,孫英云.大型光伏電站并網特性及其低碳運行與控制技術［J］.電網技術,2013,37(1):1523.

　?。?］ 李澤斌,羅安,田園，等.LCL型光伏并網逆變器電流內環(huán)控制方法［J］.電網技術,2014,38(10):27722778.

　?。?］ 趙晉斌,張元吉,屈克慶，等.單相LCL并網逆變器控制策略綜述［J］.電工技術學報,2013,28(10):134142.

　?。?］ 戴訓江,晁勤.基于LCL濾波的光伏并網逆變器電流滯環(huán)控制［J］.電力電子技術,2009,43(7):3335.

　?。?］ 臧鵬，洪峰,，辛張楠,，等.LCL濾波器型雙Buck并網逆變器［J］.電子技術應用,2015,41(10):129132.

　　［6］ 馬小虎,袁曉玲,施俊華.改進滯環(huán)電流控制策略在光伏并網中的研究［J］.電源技術,2013,37(11):20192022.

　?。?］ 彭傳彪,王少坤,王曉鋒,，等.自適應滯環(huán)電流控制逆變器復合控制策略［J］.電力自動化設備,2011, 31(7):4247.

　　［8］ 黃少輝,，林培杰,，程樹英，等.電流型并網逆變器的模糊滯環(huán)控制［J］.微型機與應用,2015,34(13):7376.

　?。?］ 韓金剛,朱瑞林,湯天浩,，等．LCL型并網逆變器并網電流復合控制研究［J］.太陽能學報,2014,35(9):15991605.

　　［10］ 何翔,張代潤.基于滑?？刂频娜喙夥⒕W逆變器研究［J］.電源技術,2014, 38(4): 672675.

　?。?1］ 王朗珠,丁茂桃,鄭連清.一種新的三相電壓型PWM整流器控制［J］.電力電子技術,2012,46(5):5759.

　　［12］ 黃摯雄,徐保友,沈玲菲,，等.LCL并網逆變器新型電流雙閉環(huán)控制策略研究［J］.電力系統保護與控制,2012,40(17):15.