《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于滑模控制的三相雙降壓式并網(wǎng)逆變器
來源：電子技術(shù)應(yīng)用2013年第3期
宋 星1，房 勇2，李 猛3，張 闖4
1.湖南省電力公司湘潭電業(yè)局，湖南 湘潭411104； 2.西安黃河光伏科技股份有限公司，陜西 西安710043； 3.河南省電力公司駐馬店供電公司，河南 駐馬店463000； 4.貴州電網(wǎng)公司貴陽供電局，貴州 貴陽550001
摘要： 對三相雙降壓式并網(wǎng)逆變器這一新型拓?fù)涞幕？刂七M(jìn)行了研究，使系統(tǒng)獲得良好的魯棒性。首先，對三相雙降壓式并網(wǎng)逆變器進(jìn)行了等效分析。然后，根據(jù)等效分析電路重點(diǎn)對其滑?？刂七M(jìn)行了設(shè)計，并在控制律中采用了平滑函數(shù)來取代符號函數(shù)以削弱抖振。仿真結(jié)果表明，采用滑?？刂坪蟮娜嚯p降壓式并網(wǎng)逆變器具有很好的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能，且輸出的并網(wǎng)電流諧波含量低，波形質(zhì)量好。
中圖分類號： TM464
文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A
文章編號： 0258-7998(2013)03-0070-04
Three-phase dual buck grid-connected inverter based on sliding mode control
Song Xing1，F(xiàn)ang Yong2，Li Meng3，Zhang Chuang4
1.Xiangtan Electric Power Bureau of Hunan Electric Power Company，Xiangtan 411104，China； 2.Xi′an Huanghe Photovoltaic Technology Co. Ltd，Xi′an 710043，China； 3.Zhumadian Power Supply Company of Henan Electric Power Company，Zhumadian 463000，China； 4.Guiyang Power Supply Bureau of Guizhou Power Grid Grp.，Guiyang 550001，China
Abstract： To obtain the good robustness， sliding mode control of the three-phase dual buck grid-connected inverter is studied. Firstly, the control system can be designed based on the equivalent analysis circuit. Then, its sliding mode control is designed based on the equivalent analysis circuit. And the sign function of control rate is replaced by the smooth function to weaken the chattering. Simulation results show that the inverter used sliding mode control show good dynamic and static performance. And the output current of the inverter is high quality and the harmonic content is low.
Key words : three-phase dual buck grid-connected inverter；bridge arm through；sliding mode control；equivalent control；robustness

    在可再生能源發(fā)電技術(shù)飛速發(fā)展的今天，并網(wǎng)逆變器作為可再生能源發(fā)電的關(guān)鍵設(shè)備，已經(jīng)成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。三相雙壓式并網(wǎng)逆變器作為一種新型拓?fù)?，從根本上克服了傳統(tǒng)的三相橋式并網(wǎng)逆變器存在的橋臂直通問題[1-2]，工作時不用插入死區(qū)時間，可以很好地提高輸出波形的質(zhì)量。因此，三相雙降壓式并網(wǎng)逆變器具有重要的應(yīng)用價值。但是在三相雙降壓式并網(wǎng)逆變器的控制研究中，目前常見的只有傳統(tǒng)的PWM控制、滯環(huán)控制和單周控制。其中PWM控制的動態(tài)性能差且存在穩(wěn)態(tài)誤差[3]；而滯環(huán)控制雖然具有很好的魯棒性但其開關(guān)頻率不固定，從而導(dǎo)致濾波器設(shè)計困難[4]；單周控制雖然不存在穩(wěn)態(tài)誤差且抗輸入擾動能力強(qiáng)，但其抗輸出擾動能力薄弱[5]。

    采用滑模控制則能很好地解決上述控制的問題，為此本文對三相雙降壓式并網(wǎng)逆變器的滑模控制進(jìn)行了研究。首先對該拓?fù)溥M(jìn)行了等效分析，然后依據(jù)等效分析電路重點(diǎn)對三相雙降壓式并網(wǎng)逆變器的滑?？刂七M(jìn)行了設(shè)計，并在控制律中采用了平滑函數(shù)來取代符號函數(shù)以削弱抖振。
1 三相雙降壓式并網(wǎng)逆變器及其等效分析
    三相雙降壓式并網(wǎng)逆變器由3個單相雙降壓式半橋并網(wǎng)逆變器組成，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

   

 

理想情況下，圖1所示拓?fù)渲须姼芯嗟?，假設(shè)都等于L，且可以忽略橋臂直通問題。因此，當(dāng)三相雙降壓式并網(wǎng)逆變器運(yùn)行在六段運(yùn)行模式時，可以將三相雙降壓式并網(wǎng)逆變器的開關(guān)和二極管等效重組成如圖3所示的等效分析電路。以區(qū)間Ⅰ為例進(jìn)行分析，可以看出當(dāng)三相雙降壓式并網(wǎng)逆變器和等效分析電路都按照表1運(yùn)行在六段運(yùn)行模式時，它們在該區(qū)間可以等效成同一個電路，如圖4所示。同理在其他區(qū)間時三相雙降壓式并網(wǎng)逆變器與其等效分析電路都有一個對應(yīng)的等效電路。


    式中起削弱抖振作用的δd和δq通常取一個很小的正值。
    設(shè)計好的滑?？刂葡到y(tǒng)需要嚴(yán)格按等效分析電路對應(yīng)的開關(guān)接入三相雙降壓式并網(wǎng)逆變器。由于等效分析成立的前提是三相雙降壓式并網(wǎng)逆變器與等效分析電路都運(yùn)行在六段運(yùn)行模式，故在接入對應(yīng)控制信號時，必須經(jīng)過六段運(yùn)行模式控制器后接入，以保證其運(yùn)行在六段運(yùn)行模式。
3 仿真分析
    為了驗(yàn)證上述理論分析的正確性與滑?？刂葡氯嚯p降壓式并網(wǎng)逆變器的工作性能，利用仿真軟件搭建電路模型進(jìn)行仿真驗(yàn)證。參數(shù)設(shè)置：直流輸入電壓Uin=1 250 V，所有電感都取1 mH，電網(wǎng)電壓有效值為220 V，電網(wǎng)電壓頻率fs=50 Hz，并網(wǎng)電流參考信號與各相電網(wǎng)電壓同頻同相；高頻單元采用滑?？刂破湔{(diào)制器中三角波在仿真時可以取比較高的頻率以保證準(zhǔn)滑動模態(tài)；輸入電壓擾動從1 250 V躍變至1 600 V，電網(wǎng)擾動時取電網(wǎng)電壓波動為15%。
    從圖5可以看出，在滑?？刂葡拢嚯p降壓式并網(wǎng)逆變器輸出的并網(wǎng)電流與電網(wǎng)電壓同頻同相，實(shí)現(xiàn)了單位功率因數(shù)向電網(wǎng)輸出電能，經(jīng)過FFT分析得并網(wǎng)電流的THD=1.61%，這表明并網(wǎng)逆變器輸出的電流波形質(zhì)量好，符合并網(wǎng)指標(biāo)。圖6表明三相雙降壓式并網(wǎng)逆變器工作在六段運(yùn)行模式。圖7表明輸入電壓擾動和電網(wǎng)電壓擾動時，逆變器的輸出并網(wǎng)電流幾乎不變，這說明滑模控制下的三相雙降壓式并網(wǎng)逆變器對輸入電壓擾動和電網(wǎng)電壓擾動具有很好的抑制能力，在各種常見擾動下依然能輸出高質(zhì)量的電能。

    本文在對三相雙降壓式并網(wǎng)逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹的基礎(chǔ)上，對其進(jìn)行了等效分析，然后根據(jù)三相雙降壓式并網(wǎng)逆變器的等效分析電路，重點(diǎn)對其滑模控制進(jìn)行了設(shè)計，并在控制律中采用了平滑函數(shù)來取代符號函數(shù)以削弱抖振。理論分析與仿真結(jié)果表明，采用滑?？刂坪蟮娜嚯p降壓式并網(wǎng)逆變器獲得了很好的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能，其輸出電流的總諧波畸變率小，能快速跟蹤電網(wǎng)電壓，實(shí)現(xiàn)以單位功率因數(shù)向電網(wǎng)輸電，并且在各種常見擾動下基本不受影響，依然能保證向電網(wǎng)輸送高質(zhì)量的電能。
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