隔離型準(zhǔn)Z源逆變器滑?？刂撇呗匝芯?docx

1、第35卷第3期重慶理工大學(xué)網(wǎng)(誠科學(xué))2021年3月Vol.35N0.3JournaloiChongqingUniversityofTechnologyNaturalScience!Mar.2021doi：10.3969Jj.inn.1674-8425(zl.2021.03.025木文弓I用臨式：李ill，有力，膺楚，等3禹整if2役距變卷南修栓甘笑珞弓無IJ.重慶理I大學(xué)孕艮IM11t).2021.35131：193-198,206.Citationformat：LIShmJIANGLi,CHENYin.elal.ResearchonSlidingModeContiijlStraienofI

2、solatedQuasiZSourceJ.JourniloiChongqingUniierjilyofTechnology：NilurilSciencel.202L35(3)：193-19$,206.隔離型準(zhǔn)z源逆變器滑模控制策略研究李由需力L1姜帝(1.1OIi?也氣與再子I2nr1i慶4000542.重慶布族敏E底網(wǎng)IggO!Mt,i4000543.中MS«II1®ORrEIJ<O司，直慶401122)X要：針對隔離型準(zhǔn)Zig網(wǎng)絡(luò)在直6W#ft$1小相也現(xiàn)象，導(dǎo)政其直流傕電壓和變暖副邊電容電壓易產(chǎn)生超浦和發(fā)滿的伺是，提出一M基于分段晶依有ii律的it腹控制器用于費(fèi)

3、I直流,電田。首先根邪電原電詼、電容電&i笑差及其彼分設(shè)計(jì)相應(yīng)的滑度而，并分折其存在可達(dá)性，之后設(shè)計(jì)分質(zhì)系保有近律解快傳滯?？刂撇叽爸袇s/帝莊慢、其振大的何患。仿真和實(shí)驗(yàn)穿果表明：費(fèi)計(jì)的控制器能筋很將地穩(wěn)定宜流電4相比作，清?？伛v具有更奸桐M辰能力和魯棹住。關(guān)健同：隔離型準(zhǔn)Z源逆變器；對?？刂?；分段幕沃苞近律；魯履性中圖分類號(hào)：TM743攵就標(biāo)機(jī)肖：AJ|：1674-84251.2021103-0193-06ResearchonSlidingModeControlStrategyofIsolatedQuasiZSourceLIShan1,2,JIANGLi3.CHENYan1'

4、2,JIANGWeihao1'2I1.SchoolofElecliicalandElectronicEngineering.ChongqingUniveisilyofTechnology.Chongqing400054,China：2.ChongqingEnergyinierneiEngineeringTechnologyResearchCenter,Chongqing400054.China；3.ChinaShipbuildingIndustryCorporationHaizhuangWindpowerCd,Lid.,Chongqing401122.China)Abstract：As

5、lidingmodeconlrollerbasedonthepiecewisepowerapproachlawisproposedtocontroltheDClinkvoltageinordertosolvetheproblemthattheisolatedquasi?sourcenetworkhasnonm:n:mumphaseontheDCside,whichleadsto:beoverharmonicouillationofitsDClinkvoltageandcapacitancevoltageoftransformersecondaryside.Accordingtotheinduc

6、tancecurrent,capacitorvoltageeiroiandtheii:nlegration,thecorrespondingslidingsurfaceisdesigned,anditsaccesdbilityisanalyzed.Then,thepiecewisepowerapproachlawisusedtosolvetheproblemofslowdynamicresponseandlargechatteringinthetraditionalslidingmodecontrolslralegy.Simulationand收福日期：2020-04-19(KJQN20200

7、1150.KIQN20U01113)任者廳介：車山，勇，博土3笠，主要從事fi盅精變相與在SI片，Email：liihancquL：giKt奔力，私原土，主要從事U或源訪辛變詼布仆及其枝劉成術(shù)W兄，Emiil#169;experimentalresultsshowiha:IhedesignedcontrollercanstabilizeDClinkvoltagewell,andhasbetterdynamicresponseabilityandrobustnessthanthetraditionalslidingmodecontroller.Keywords：isol

8、atedquasiisourceinverier；slidingmodecontrol；piecewisepowerappioachlaw：robustness侮著傳統(tǒng)不可再生化石能源的過渡使用，其帶來的溫室效應(yīng)、能源U蜀和環(huán)境再斐等目覿艮使人們向著綠包、高效和環(huán)保的新能蔭探索和開發(fā)，其中，太陽能以其資源豐富、綠色浦活、俺量巨大等優(yōu)點(diǎn)，成為全世界大力研兗發(fā)展的房貞方向。光狀發(fā)電系垸的核心是逆變卷系,，傳既J!變卷在百有光伏發(fā)電系統(tǒng)輸入電氐多變等復(fù)雜清布下，存在外界抗干擾佬力差'輪入電SSB小、效率k、故障率大等問題:針孫it類問題建出隔離星HU我變器，戲變卷屬于Z源類逆變器，具有輸入也

9、壓帝周大、高升氏比、E離等優(yōu)1fflT*IUMS=隔離型崔z源逆變器因其特麻的拓?fù)湔緲?gòu)使系發(fā)其有明顯的非線性°在輸入電壓發(fā)生變IW,其宜流展電匠會(huì)出現(xiàn)起有和很蕩，導(dǎo)坂輸出也莊和電流程定性變差。為了更將地實(shí)現(xiàn)Z源類逆變器的直沂,電壓控制，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量研私成項(xiàng)ftftSI變穿構(gòu)這種非線性核制黃修運(yùn)用于z兼類其變畚的在H,iMI1«itT-種雙清蔑變錯(cuò)構(gòu)控制策珞，實(shí)現(xiàn)了對崔z源g變器的技制，有效能高了淮z源光伏并網(wǎng)逆變器系安的魯作住和開00：方晉等"if肖做陷型準(zhǔn)Z原也變器系既，催出采用具有積分環(huán)修的回定開關(guān)頷率彼分itH電流控制器，來保證系飭魯0080.Shi

10、nde等'提出了一昨基于等效控制的積分港修控制器,用于$sizi!變器的電容電壓恒定控制，且該清修也制器對于希入電壓代卻的清凡，控制效果不隹。本文基于隔離型淮z源逆變器，放計(jì)了一種基于分段杲次有近律的it傍控制策珞，在輸入電壓和宜流隹參考電壓大變切的1ST,此比傳飭的帶傍控制策珞，布者具有更ft的訪杰府應(yīng)速率和魯棒住，能夠顯著改善隔寓堅(jiān)準(zhǔn)Z海通變器直流電壓及輸出娜、電流特11,使整個(gè)誰變器系(b)非直通工作模式統(tǒng)具有KSfi動(dòng)鑫州穩(wěn)杰住能。1隔離型準(zhǔn)Z源逆變器建模zioa變器與傳垸的電氐型以及電流型通變器最大的區(qū)JM在于：甫者在工作it程中，其上下橋胃是可以直通的5SM«O&

11、#163;tJg#的工作過程中，址會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的4SSS導(dǎo)致逆變器的員壞，因此，zig類諾變器在正常工作時(shí)會(huì)經(jīng)歷2個(gè)工作曜式，直通模式和非直通模式。隔離型淮z源iL變器的等效巾箱如囹】所示，圖1隔離里準(zhǔn)z源逆變器等效電路圖在國1中，v槌為逆變器輸入電壓，VL1為電廖L1上的電壓，VL2為變壓器原邊也感L2上的電壓，VC1為變壓器原邊電容C1上的屯壓，VC2為電容C2上的電壓，VCS為變壓器副邊也容CS上的再壓，V.為1Si8OtEi：“d為OWM=經(jīng)過n隔離型隹z源適變器的2個(gè)工*模式的分舸機(jī)H邊電容電壓實(shí)麻瀏量值與參考值假差進(jìn)行投帛懂膺的枝計(jì)，即可完成對直流傕電氏的技別。2滑模控制器設(shè)計(jì)O（I

12、）a：ttAoOOaT.13H節(jié)直it占堂ItD.|iilaoM«z源iK器的直溢傕電任，實(shí)現(xiàn)此逆交器輸出電壓、電常的技制。在利用狀態(tài)空間平均法對逆變器進(jìn)行小信號(hào)遂楔后，可智到直迪占空比到直潴催電壓的傳遞*O»OOSPWMOO：E|?4PWM波進(jìn)行控制。整個(gè)控制系統(tǒng)框圖M圖2所示01-DIXK1II叫K：+KA+V“X*NA其中：4二LCS2+R+i：CS+M-2D)KVcsN+VC!-NIpcXRtKj=NXIDC-1LIIL2tLS+R+、變卷K式（2）日看出：由的其直壓的fi遞函敷右半平面存出現(xiàn)豐最小相位現(xiàn)象。在酸入電壓出現(xiàn)忱切的候,非信州現(xiàn)彩使整傍變器的輸出呈現(xiàn)超隊(duì)

13、M，嚴(yán)重釧逆變器的利性能時(shí)。為了保戲變f§SO'Oz通占空比到直流錐在IS,Hilt該系第源講401旺定的輸出，那句定枝機(jī)Mi1iM=2vcs-nv展做隔離型準(zhǔn)Z隕網(wǎng)絡(luò)的建徵分折，njtt隹導(dǎo)出式中V”是直流鏈母線電壓，基于Z源阻抗的網(wǎng)絡(luò)特It可知該電壓為一歌動(dòng)方觀這在實(shí)際工程環(huán)境中逐以期量控制。由上式得知，在Vin明疏的情況下，可以通過洲量控制副邊電容上的電壓VCS來實(shí)現(xiàn)對直流隹母線電壓Vd：的控制。V章膏隊(duì)母線電壓九的目標(biāo)控制參考值為icVvcs2式中，也即為變壓器副邊電容電壓參考通過將Six,II=£"+&x?+&JJ"）d

14、l（6式中»&.以e為帝找倍邪礦點(diǎn)條we.早m.在我將時(shí)快，需要對其"性和可達(dá)性進(jìn)行盟證，這一過程通常采用Lyapunov芒1.tS811Lyapunovg£:?V=s217）根胡隔離型準(zhǔn)Z源逆變器的開關(guān)管的工作特4我開榔費(fèi)：0,S>01,SwD下面進(jìn)行滑好的存在住禎耶證明：滑模面存在性證明：45g系統(tǒng)從負(fù)向方向運(yùn)詢趨近于清筷酬,尊S或驅(qū)求導(dǎo)：lim一=1:ms-Ddts-o-&X=32-X?)I叫&Ycs+til)+*(V-V)s-o-L-NCsacscs在當(dāng)系統(tǒng)處于滑模面鄰域中時(shí)，VCS實(shí)際州量值近似等于！參考值。因?yàn)橹蓖ㄕ伎毡菵

15、EIAu5>ot,Ll'.csIAu5>ot,Ll'.cs同理，猥核系孫正方向E戢干勰碧也伸¥揣-Vi-x)s-o+dts-o+CS2104dCS2104dI&ITI.ims-o-式I1占如果清由Ll!0N)+&V3CS(1Oiz。司的第2013«fift|于0.|£$ItDe0,0.51.n|NV.,-Vcs<0.gS&>D頊ID)小f0.式19)圳式(1。)骨如：在適當(dāng)走以it厘系敢的借凡下，系垸從任意初始點(diǎn)開始運(yùn)動(dòng)逼近至尚慎面的it專中.SOSS<o.OOSftgio滑模面可達(dá)性證明：假設(shè)

16、系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)初始點(diǎn)也于S>0的區(qū)域，且系統(tǒng)無法從該點(diǎn)抵達(dá)滑模面,由開關(guān)用數(shù)式得知此時(shí)開關(guān)管S5處于關(guān)斷狀態(tài)，整個(gè)逆變?nèi)籼幱诜侵蓖üぷ髂Ｊ?，故可得直通?U成履fi膈取極限求導(dǎo):=0,l!lVcs=NV.ltiL1N=ii411,對Siii11.1-+&寸cs+iiNV-V|CScsC,J2Lm：Vcs-NV;nJD=iI11)'8!«OO8O頊?zhǔn)絠11)小干。：同理，假枝系歡運(yùn)訪初始點(diǎn)位于s<0的區(qū)S,且系統(tǒng)無法從該點(diǎn)抵達(dá)滑棋面。此時(shí)，開關(guān)管S5處于導(dǎo)通狀態(tài)，整個(gè)逆變器處于直通工作筷式，SSfiOiOODm=0.5.JIvcs=8,對SKfiK求導(dǎo):血公=血&

17、amp;V°+捉一如3»":(12i-8lNC,3cses!dI£SIO&>。N*(121大于Oo由式(11)和式(12)可得：在滿足ii提條件>o.<oOST.gSOftfftO5SS<o.6Lyapunov卷定性理論可得，假設(shè)不成立，故滑模而的可達(dá)即到證肌象上歷節(jié)有it攜面參敏哺E&>。&>D,gitoooania»在整個(gè)清放枝制的設(shè)計(jì)中，帶5存撲可達(dá)是5"枝肝基此它表示了受枝耕觴在狀Ml®中從瞞點(diǎn)運(yùn)切至仆隊(duì)站為了進(jìn)-步fUSM,需要引進(jìn)“菖U律”貴系飭的收費(fèi)圳

18、能進(jìn)行設(shè)計(jì)控制,枇設(shè)計(jì)的分魅混近律郛如R.J-kiS-k；Sasgn(S,SN1S=131I-kjS-kiShgniS),S<1式131中，n河,燈>0,k3引h>0.L+h=ks-Fk.,a>h0<p<1>計(jì)峰無常有搪特點(diǎn)：整個(gè)趨近運(yùn)動(dòng)分為2個(gè)過程：IS12。和IS|<0通過幕函數(shù)的控制特性，系統(tǒng)無論在哪個(gè)階段都能獲得可觀的卷近速度。與其他傳統(tǒng)趨近律相比，該趨近律能保證系統(tǒng)在有限時(shí)間內(nèi)到達(dá)滑模面，同時(shí)在到達(dá)滑模面后無押眼現(xiàn)象發(fā)生。oo(6)ogsromHio：&h+§?+GX?二一kiSk?ISaum：S),SN1+&

19、*+&L=-hS-k,1SpunSI,S<1IIII(14)LCJ-2x?+2VCS-NVJ+&L2“-is經(jīng)分折可知，控制量叭為所及計(jì)的分近律清?？刂破鞯牡刃л敵鲂盘?hào)，是直流施電壓性制中需要的直通占空比D。3仿真與實(shí)驗(yàn)為了驗(yàn)證本文所及計(jì)的分段第換苴無津滑?？刂破鞯目刂菩阅?，成置傳統(tǒng)港模控制器的孫比項(xiàng)，利在SAO變化時(shí)和直海蒞也氏參考值變化時(shí)進(jìn)行隔離型淮Zig逆變器的仿真和實(shí)驗(yàn)庭臬HZ源網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)役置如下：蜥L1二1mH：OCs=600uF：ffOtf=20kH；變ff器變比N=4。SI«1MA4O60v.sMSSAMt0.2sot25%tao.3soS25%a

20、a始健。傳統(tǒng)滑?？刂坪头侄谓逦职苫０阒葡碌哪孀兎碉喌闹痹?8也壓和變U卷劇邊電容也氏的波形變化如圖3所示。從囹3可以看出：當(dāng)入電氐變化時(shí)，采用傳§titSgaOMOA：=23msoiM復(fù)穩(wěn)定，且在恢復(fù)穩(wěn)定的過程中存在著皎大的超房量E為21.32%：oHiOI&IfiOMJO變卷系說只需At=10miofOOi-SSOOi9.47%,由此對比可以看出：本文所設(shè)計(jì)的直流惟電壓控制策略在對直流健電壓和變壓器副邊電壓的控制上有著竣叫釵成能力和抗干擾能加81OI8MOO?600V.38變SMffiSMMIto.2sfftfts25%,#在o.3Swiu至初曲H,傳綸if度於削M

21、分段旱次§fi#»i68下的也變卷系,的直流催電壓和變EE器副邊電容電原的變化成形如國4所示。(a)傳統(tǒng)滑模控制700600500400300洶10005004003002001000Z8A弓A0.10.2s03(b)分段慕次趨近律滑?？刂凄?直流俄電壓參考值變化時(shí)，V.和VCS仿真波形囹3輸入電壓變化時(shí)，和VCS仿真演形從圖4可以看出：當(dāng)直找蜒參考變化(a)傳統(tǒng)滑模控制(推>0冶)(軟50烏)(b)分段累次趨近律滑?？刂茍D5輸入電取變化時(shí)，VicfOVCS實(shí)驗(yàn)成形(整/>0冷)(提3。)(£、Aon)(族/Aon)8t.OOOM的龍費(fèi)卷系飭需要以二2

22、4ms才能重浙恢復(fù)穩(wěn)定，且在恢復(fù)梅定的過程中變壓器副邊電容電壓出現(xiàn)了一定的振蕩且反應(yīng)速度較慢，而采用分段籍次苞近律的滑模控制的逆變碧ORI5Al=8msffioiM#S8g9r的直流施電壓值，所需穩(wěn)定時(shí)間短，過渡曲線較為平緩。由此對比可以看出：在本文所設(shè)計(jì)的分段'另次趨近律滑模控制策略下的逆變器在直流雀電壓參考值改變的情況下，仍具有優(yōu)良的機(jī)速響應(yīng)能力和卷定性。為了驗(yàn)iJ本文建出的直流電IE控制策島的正廊住和可行It,IffiX，將修垸it櫻技制策昭與分段第換有近律滑模控制景昭誰行對比實(shí)驗(yàn)，檢湖其衣輸入電莊和直SMiff參考倦改變情乩下的聲變器直希傕包壓和變?nèi)畏边呺娮呻妷簩?shí)驗(yàn)放形國。折

23、入電壓變化時(shí)，在不同栓制策珞下的旺準(zhǔn)z源逆變蚩的宜流煲也壓和變氏JSH邊也容電壓實(shí)驗(yàn)歡彩如四5所禮從囹5中可炸出：在分段寐卵律雅控制下戕變"直找娜和變壓番副邊電容電匠在輸入電氏發(fā)生變化后，能埸艮快重新句定，其超浦量4攜定時(shí)何場匝小于傳發(fā)漏筷控制，芻直流俄蜒參考筋生變娜，在不同技膊珞下的祥淮Z勰變"直罹蜥和妊器副邊電容蜒實(shí)驗(yàn)?zāi)让?所禮圖6直流隹電壓參考值變化時(shí)，Vm和VCS實(shí)驗(yàn)波形圖6直流隹電壓參考值變化時(shí)，Vm和VCS實(shí)驗(yàn)波形(警>。冷)里>0冷)-當(dāng)直S3iff參考(I變化時(shí)，分段尾JL苞近律it慎技司下逆變器的直流U電氐和變壓器副邊電容博壓能場在攻短的時(shí)何有

24、重新攜定，討比傳既滑模枝制如需要更長的時(shí)何來進(jìn)入下一誼杏，實(shí)驗(yàn)話果與仿真弟果基本一致。4維論本文首先分析了隔離型淮Z源逆變器的工f輜式,在圳用狀杰窒問平均法對逆變器進(jìn)行小信號(hào)建修后，It導(dǎo)出了直通占空比列直流枝也壓赧遞用效；2后在it?？刂茙r的設(shè)計(jì)中，進(jìn)行了滑模面和苞ii律的構(gòu)造；最后，在仿真敏件及實(shí)物平臺(tái)上進(jìn)行了驗(yàn)證°伽及計(jì)的控制卷樸比傳飾清?？刂破髟诟綦x型崔ZigiJ變蚩的182電壓控制性能上，訪杰用應(yīng)速率更快，超商量更小。(下孫206頁)8J.電力MIU備，？28(12)：93-97,100.8 付學(xué)謹(jǐn)，陳皓勇.基于理想顰法的電能,質(zhì)量綜合,令J.電力自動(dòng)I很備，2014,34

25、(4)：26-30.9 偷"，心恥診&.基于邱隊(duì)性4偵黔殖i¥法髯j.變丘君，2015,52(5)：43-46.M王英潔，曹快悌，孔街蒂，等.基于試*點(diǎn)部的£電變氏J.W.2。1”22)：83-84,80.11 庶會(huì)曾，舅迎春.基干修物理論的也能底量維會(huì)量燧標(biāo)研為J.電問技術(shù),2003,27(12)：85-88.12 季直期轉(zhuǎn)隹期，龍立期琴.組臺(tái)RR法在電故底最崗垮合i*欣中的應(yīng)用J.電力系矣自詢化，2007,31(4)：56-60.13 注武，歌醵黃，濟(jì)通勤，等.基于fffiS合M重的蟾質(zhì)量灰色嫁會(huì),價(jià)方法J.電力系統(tǒng)自詢化，2012.36(10)：67-73,賈便青，囹布信，段詹壽.田電變座器丹律苗邀何題分訴J.2古電力技術(shù),2014,32(6)：96-99.I15$巫軍.徐合許價(jià)免龍、方法及應(yīng)HIM.七京3學(xué)出版對2007.16 區(qū)宿4房畜炎.是于施！I法和主成分分折法的罟翩找祁J.電力耕時(shí)與隊(duì)，2014,42(8)：22-27.17 員類，來港兵，胃志4等.基于慎枝我制物元酒主元分機(jī)的變氏器狀杰評價(jià)J.電Z母護(hù)與在制，