基于线性自抗扰控制的并网逆变器电流环控制系统和方法与流程

技术特征：
1.一种基于线性自抗扰控制的并网逆变器电流环控制系统，其特征在于，包括逆变模块、坐标变换模块、控制复阻抗模块、投切逻辑模块、重复控制模块rcc、线性自抗扰控制模块ladrc及pwm调制模块；所述逆变模块的输入端连接直流电压源，所述逆变模块输出三相电网；所述逆变模块的输出端连接坐标变换模块的输入端，所述坐标变换模块的电压输出端、电流输出端分别连接控制复阻抗模块的输入端、线性自抗扰控制模块ladrc的第一输入端；控制复阻抗模块的输出端连接线性自抗扰控制模块ladrc的第二输入端；线性自抗扰控制模块ladrc的第一输出端连接pwm调制模块的输入端，pwm调制模块的输出端连接所述逆变模块，所述线性自抗扰控制模块ladrc的第二输出端连接所述投切逻辑模块、重复控制模块，所述投切逻辑模块的输出端连接重复控制模块，重复控制模块的输出端连接所述线性自抗扰控制模块ladrc。2.如权利要求1所述的基于线性自抗扰控制的并网逆变器电流环控制系统，其特征在于，所述投切逻辑模块包括完全相同的d轴投切逻辑单元和q轴投切逻辑单元，所述重复控制模块包括完全相同的d轴重复控制器和q轴重复控制器，所述线性自抗扰控制模块ladrc包括完全相同的d轴自抗扰控制单元和q轴自抗扰控制单元；所述坐标变换模块的电流输出端分别连接d轴自抗扰控制单元的第一输入端和q轴自抗扰控制单元第一输入端；控制复阻抗模块的输出端分别连接d轴自抗扰控制单元的第一输入端和q轴自抗扰控制单元的第二输入端；d轴自抗扰控制单元的第一输出端和q轴自抗扰控制单元的第一输出端均连接pwm调制模块的输入端，d轴自抗扰控制单元的第二输出端连接d轴投切逻辑单元、d轴重复控制器；q轴自抗扰控制单元的第二输出端连接q轴投切逻辑单元、q轴重复控制器；d轴投切逻辑单元、d轴重复控制器和d轴自抗扰控制单元还依次连接，q轴投切逻辑单元、q轴重复控制器和q轴自抗扰控制单元还依次连接。3.如权利要求2所述的基于线性自抗扰控制的并网逆变器电流环控制系统，其特征在于，d轴重复控制器和q轴重复控制器均包括依次连接的内模单元、相位补偿单元和增益单元，d轴的内模单元的输入端通过开关连接d轴自抗扰控制单元的第二输出端、d轴逻辑投切单元，d轴的增益单元的输出端通过开关连接d轴自抗扰控制单元的输入端。4.如权利要求1所述的基于线性自抗扰控制的并网逆变器电流环控制系统，其特征在于，所述逆变模块包括依次相连的lcl滤波器和三相全桥逆变器，三相全桥逆变器的输入端连接直流电压源，lcl滤波器的输出端连接三相电网；lcl滤波器的输出端还连接坐标变换模块的第一输入端，三相全桥逆变器的三相电流端连接坐标变换模块的第二输入端。5.根据权利要求2所述的基于线性自抗扰控制的并网逆变器电流环控制系统，其特征在于，所述控制复阻抗模块均包括第一比例系数单元、第二比例系数单元、第一加减器、第三比例系数单元、第四比例系数单元和第一加法器；所述第一比例系数单元的输入端连接d轴电网电流设定值端，其输出端与第一加减器的加法输入端相连，第二比例系数单元的输入端连接q轴电网实时电压端，其输出端与第一加减器的减法输入端相连，第一加减器的输出端连接d轴自抗扰控制单元，第三比例系数单元的输入端连接q轴电网电流设定值端，其输出端与第一加法器的加法输入端相连，第四比例系数单元的输入端连接d轴电网电压端，其输出端与第一加法器的加法输入端相连，第一加法器连接线性自抗扰控制模块。
6.一种基于线性自抗扰控制的并网逆变器电流环控制方法，其特征在于，包括：步骤1，将三相电压和逆变侧三相电流输入到坐标变换模块中，坐标变换模块输出电压分量和电流分量分别至控制复阻抗模块和线性自抗扰控制模块ladrc中；步骤2，根据电网d轴电流和电网q轴电流的目标值，基于等效阻抗匹配关系，设定逆变器侧d轴电流和逆变器侧q轴电流的给定值，并输出至线性自抗扰控制模块ladrc中；步骤3，线性自抗扰控制模块ladrc输出误差量到投切逻辑模块、重复控制模块rcc，投切逻辑模块输出开关量到重复控制模块rcc中；步骤4，重复控制模块rcc根据线性自抗扰控制模块ladrc输出的误差量计算控制量；步骤5，线性自抗扰控制模块ladrc估算总扰动量，并结合控制量计算总控制量，并最终输出到pwm调制模块。7.根据权利要求6所述的并网逆变器电流环控制方法，其特征在于，步骤1包括：基于等幅值原则，对采样三相电压信号和逆变侧三相电流信号进行clark变换，其变换式分别如下式子所示：式分别如下式子所示：其中，u
α
、u
β
、u0、i
iα
、i
iβ
、i
i0
两相静止坐标系下的电压变量和电流变量，u
a
、u
b
、u
c
是三相电源相电压，i
ia
、i
ib
、i
ic
是逆变侧三相电流；再对u
α
、u
β
、i
iα
、i
iβ
进行park变换，其变换式如下式子所示：进行park变换，其变换式如下式子所示：其中，θ是电网电压矢量的电角度；可将三相电网基波正弦变量u
a
、u
b
、u
c
、i
ia
、i
ib
、i
ic
转换成直流变量u
d
、u
q
、i
id
、i
iq
。8.根据权利要求7所述的并网逆变器电流环控制方法，步骤2包括：取逆变器侧到电网的方向为正方向，电容并联点到电容连接点为正方向，并记为逆变器侧电感、滤波电容和网侧电感上的电流相量为
则将从电网向lcl滤波器看入时的复阻抗视为系统的等效复阻抗，电网电压与电网电流相量商的负值定义为电网复阻抗z
g
，记为：由结点电流定理可知，电容支路上的电流相量满足如下关系：将电网电压与逆变器输出电流相量商的负值定义为控制复阻抗z
i
：联立式(6)、(7)和(8)式，得到z
g
与z
i
之间满足：将公式(9)进一步简化为：由公式(10)可知，当z
i
呈负阻特性时，z
g
则超前于z
i
，且超前角随着c
f
的增大而增大；因此，在逆变器侧电流闭环控制策略下，令逆变器侧电流的q轴分量为零并不能让并网电流与电网电压相位相同，将会让并网电流滞后于并网电压。当系统采用基于svpwm的逆变器侧电流闭环控制策略时，假设电网侧电流的实际值能够较好的跟踪参考信号，则当与保持同向时，z
g
呈负阻抗特性，逆变器工作在负单位功率因数下，只输出有功功率；联立式(6)、(8)和(10)，得到逆变器输出电流与并网电流之间的关系满足下式：结合公式(2)和(11)的推导，求得逆变器侧输出电流dq分量与并网电流dq分量之间的关系：为解决逆变器侧电流闭环控制时，由于系统的z
g
和z
i
之间的偏差而带来的并网电流相角滞后问题，依据并网电流给定信号通过公式(12)对逆变器输出电流给定信号进行修正，从而获取在逆变器侧电流反馈控制下能够保证系统单位功率因数运行的
给定值为：9.根据权利要求8所述的并网逆变器电流环控制方法，步骤3包括：投切逻辑模块采用滑动平均法设计，连续采集n
s
个误差信号点，并将其用一维数组sample[n
s
]存储，在采集点数到达n
s
之前，保持开关状态不变；当当前采集点数等于n
s
时，对数组sample进行误差差距distance_sample计算，采用如下计算式10.根据权利要求9所述的并网逆变器电流环控制方法，步骤4包括：内模单元的离散闭环传递函数为：其中，n为一个基波周期的采样点数，满足t0与待抑制的谐波基频有关，又由于控制系统设置的开关频率和采样频率为f
s
＝20khz，故根据逻辑投切模块输出的控制量kt，重复控制器输出量为u
rc
＝g
c
(z)*z
k-n
*k
r
*e
i
*kt
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(16)其中，e
i
为线性自抗扰控制模块ladrc输出的误差量，kt为逻辑投切模块输出的开关控制量；步骤5包括：线性自抗扰控制模块ladrc的线性扩张状态观测器leso进行总扰动量估算，并将总扰动量输出到对应的线性状态反馈控制器lesf中，线性状态反馈控制器lesf结合控制量计算总控制量。

技术总结
本发明提出了一种基于线性自抗扰控制的并网逆变器电流环控制系统和方法，该系统包括逆变模块、坐标变换模块、控制复阻抗模块、投切逻辑模块、重复控制模块RCC、线性自抗扰控制模块LADRC及PWM调制模块；所述逆变模块的输入端连接直流电压源，所述逆变模块输出三相电网；所述逆变模块的输出端连接坐标变换模块的输入端，所述坐标变换模块的电压输出端、电流输出端分别连接控制复阻抗模块的输入端、线性自抗扰控制模块LADRC的第一输入端；本发明基于逆变器电流反馈的对象建模能够降低相对阶次，从而降低线性自抗扰控制器的控制阶次，从而简化控制器参数的整定过程，也提高了系统的稳定性。性。性。


技术研发人员：王孝洪 吴春台 王雨 翟名扬 李永顺 潘志锋 王子江
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：2021.09.28
技术公布日：2022/2/23