隔离型准Z源逆变器滑模控制策略研究.docx

1、第35卷第3期重庆理工大学网(诚科学)2021年3月Vol.35N0.3JournaloiChongqingUniversityofTechnologyNaturalScience!Mar.2021doi：10.3969Jj.inn.1674-8425(zl.2021.03.025木文弓I用临式：李ill，有力，膺楚，等3禹整if2役距变卷南修栓甘笑珞弓无IJ.重庆理I大学孕艮IM11t).2021.35131：193-198,206.Citationformat：LIShmJIANGLi,CHENYin.elal.ResearchonSlidingModeContiijlStraienofI

2、solatedQuasiZSourceJ.JourniloiChongqingUniierjilyofTechnology：NilurilSciencel.202L35(3)：193-19$,206.隔离型准z源逆变器滑模控制策略研究李由需力L1姜帝(1.1OIi?也气与再子I2nr1i庆4000542.重庆布族敏E底网IggO!Mt,i4000543.中MS«II1®ORrEIJ<O司，直庆401122)X要：针对隔离型准Zig网络在直6W#ft$1小相也现象，导政其直流傕电压和变暖副边电容电压易产生超浦和发满的伺是，提出一M基于分段晶依有ii律的it腹控制器用于费

3、I直流,电田。首先根邪电原电诙、电容电&i笑差及其彼分设计相应的滑度而，并分折其存在可达性，之后设计分质系保有近律解快传滞模控制策窗中却/帝庄慢、其振大的何患。仿真和实验穿果表明：费计的控制器能筋很将地稳定宜流电4相比作，清模控驻具有更奸桐M辰能力和鲁棹住。关健同：隔离型准Z源逆变器；对梗控制；分段幕沃苞近律；鲁履性中图分类号：TM743攵就标机肖：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)任者厅介：车山，勇，博土3笠，主要从事fi盅精变相与在SI片，Email：liihancquL：giKt奔力，私原土，主要从事U或源访辛变诙布仆及其枝刘成术W兄，Emiil#169;experimentalresultsshowiha:IhedesignedcontrollercanstabilizeDClinkvoltagewell,andhasbetterdynamicresponseabilityandrobustnessthanthetraditionalslidingmodecontroller.Keywords：isol

8、atedquasiisourceinverier；slidingmodecontrol；piecewisepowerappioachlaw：robustness侮着传统不可再生化石能源的过渡使用，其带来的温室效应、能源U蜀和环境再斐等目觌艮使人们向着绿包、高效和环保的新能荫探索和开发，其中，太阳能以其资源丰富、绿色浦活、俺量巨大等优点，成为全世界大力研兖发展的房贞方向。光状发电系垸的核心是逆变卷系,，传既J!变卷在百有光伏发电系统输入电氐多变等复杂清布下，存在外界抗干扰佬力差'轮入电SSB小、效率k、故障率大等问题:针孙it类问题建出隔离星HU我变器，戏变卷属于Z源类逆变器，具有输入也

9、压帝周大、高升氏比、E离等优1fflT*IUMS=隔离型崔z源逆变器因其特麻的拓扑站构使系发其有明显的非线性°在输入电压发生变IW,其宜流展电匠会出现起有和很荡，导坂输出也庄和电流程定性变差。为了更将地实现Z源类逆变器的直沂,电压控制，国内外学者进行了大量研私成项ftftSI变穿构这种非线性核制黄修运用于z兼类其变畚的在H,iMI1«itT-种双清蔑变错构控制策珞，实现了对崔z源g变器的技制，有效能高了淮z源光伏并网逆变器系安的鲁作住和开00：方晋等"if肖做陷型准Z原也变器系既，催出采用具有积分环修的回定开关颔率彼分itH电流控制器，来保证系饬鲁0080.Shi

10、nde等'提出了一昨基于等效控制的积分港修控制器,用于$sizi!变器的电容电压恒定控制，且该清修也制器对于希入电压代却的清凡，控制效果不隹。本文基于隔离型淮z源逆变器，放计了一种基于分段杲次有近律的it傍控制策珞，在输入电压和宜流隹参考电压大变切的1ST,此比传饬的带傍控制策珞，布者具有更ft的访杰府应速率和鲁棒住，能够显著改善隔寓坚准Z海通变器直流电压及输出娜、电流特11,使整个谁变器系(b)非直通工作模式统具有KSfi动鑫州稳杰住能。1隔离型准Z源逆变器建模zioa变器与传垸的电氐型以及电流型通变器最大的区JM在于：甫者在工作it程中，其上下桥胃是可以直通的5SM«O&

11、#163;tJg#的工作过程中，址会发生严重的4SSS导致逆变器的员坏，因此，zig类诺变器在正常工作时会经历2个工作曜式，直通模式和非直通模式。隔离型淮z源iL变器的等效巾箱如囹】所示，图1隔离里准z源逆变器等效电路图在国1中，v槌为逆变器输入电压，VL1为电廖L1上的电压，VL2为变压器原边也感L2上的电压，VC1为变压器原边电容C1上的屯压，VC2为电容C2上的电压，VCS为变压器副边也容CS上的再压，V.为1Si8OtEi：“d为OWM=经过n隔离型隹z源适变器的2个工*模式的分舸机H边电容电压实麻浏量值与参考值假差进行投帛懂膺的枝计，即可完成对直流傕电氏的技别。2滑模控制器设计O（I

12、）a：ttAoOOaT.13H节直it占堂ItD.|iilaoM«z源iK器的直溢傕电任，实现此逆交器输出电压、电常的技制。在利用状态空间平均法对逆变器进行小信号遂楔后，可智到直迪占空比到直潴催电压的传递*O»OOSPWMOO：E|?4PWM波进行控制。整个控制系统框图M图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+、变卷K式（2）日看出：由的其直压的fi递函敷右半平面存出现丰最小相位现象。在酸入电压出现忱切的候,非信州现彩使整傍变器的输出呈现超队

13、M，严重钏逆变器的利性能时。为了保戏变f§SO'Oz通占空比到直流锥在IS,Hilt该系第源讲401旺定的输出，那句定枝机Mi1iM=2vcs-nv展做隔离型准Z陨网络的建徵分折，njtt隹导出式中V”是直流链母线电压，基于Z源阻抗的网络特It可知该电压为一歌动方观这在实际工程环境中逐以期量控制。由上式得知，在Vin明疏的情况下，可以通过洲量控制副边电容上的电压VCS来实现对直流隹母线电压Vd：的控制。V章膏队母线电压九的目标控制参考值为icVvcs2式中，也即为变压器副边电容电压参考通过将Six,II=£"+&x?+&JJ"）d

14、l（6式中»&.以e为帝找倍邪矿点条we.早m.在我将时快，需要对其"性和可达性进行盟证，这一过程通常采用Lyapunov芒1.tS811Lyapunovg£:?V=s217）根胡隔离型准Z源逆变器的开关管的工作特4我开榔费：0,S>01,SwD下面进行滑好的存在住祯耶证明：滑模面存在性证明：45g系统从负向方向运询趋近于清筷酬,尊S或驱求导：lim一=1:ms-Ddts-o-&X=32-X?)I叫&Ycs+til)+*(V-V)s-o-L-NCsacscs在当系统处于滑模面邻域中时，VCS实际州量值近似等于！参考值。因为直通占空比D

15、EIAu5>ot,Ll'.csIAu5>ot,Ll'.cs同理，猥核系孙正方向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顼ID)小f0.式19)圳式(1。)骨如：在适当走以it厘系敢的借凡下，系垸从任意初始点开始运动逼近至尚慎面的it专中.SOSS<o.OOSftgio滑模面可达性证明：假设

16、系统运动初始点也于S>0的区域，且系统无法从该点抵达滑模面,由开关用数式得知此时开关管S5处于关断状态，整个逆变若处于非直通工作模式，故可得直通占5U成履fi膈取极限求导:=0,l!lVcs=NV.ltiL1N=ii411,对Siii11.1-+&寸cs+iiNV-V|CScsC,J2Lm：Vcs-NV;nJD=iI11)'8!«OO8O顼式i11)小干。：同理，假枝系欢运访初始点位于s<0的区S,且系统无法从该点抵达滑棋面。此时，开关管S5处于导通状态，整个逆变器处于直通工作筷式，SSfiOiOODm=0.5.JIvcs=8,对SKfiK求导: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：在满足ii提条件>o.<oOST.gSOftfftO5SS<o.6Lyapunov卷定性理论可得，假设不成立，故滑模而的可达即到证肌象上历节有it携面参敏哺E&>。&>D,gitoooania»在整个清放枝制的设计中，带5存扑可达是5"枝肝基此它表示了受枝耕觞在状Ml®中从瞒点运切至仆队站为了进-步fUSM,需要引进“菖U律”贵系饬的收费圳

18、能进行设计控制,枇设计的分魅混近律郛如R.J-kiS-k；Sasgn(S,SN1S=131I-kjS-kiShgniS),S<1式131中，n河,灯>0,k3引h>0.L+h=ks-Fk.,a>h0<p<1>计峰无常有搪特点：整个趋近运动分为2个过程：IS12。和IS|<0通过幕函数的控制特性，系统无论在哪个阶段都能获得可观的卷近速度。与其他传统趋近律相比，该趋近律能保证系统在有限时间内到达滑模面，同时在到达滑模面后无押眼现象发生。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经分折可知，控制量叭为所及计的分近律清模控制器的等效输出信号，是直流施电压性制中需要的直通占空比D。3仿真与实验为了验证本文所及计的分段第换苴无津滑模控制器的控制性能，成置传统港模控制器的孙比项，利在SAO变化时和直海莅也氏参考值变化时进行隔离型淮Zig逆变器的仿真和实验庭臬HZ源网络的参数役置如下：蜥L1二1mH：OCs=600uF：ffOtf=20kH；变ff器变比N=4。SI«1MA4O60v.sMSSAMt0.2sot25%tao.3soS25%a

20、a始健。传统滑模控制和分段藉沃苞近律滑模般制下的逆变番系饬的直院!8也压和变U卷剧边电容也氏的波形变化如图3所示。从囹3可以看出：当入电氐变化时，采用传§titSgaOMOA：=23msoiM复稳定，且在恢复稳定的过程中存在着皎大的超房量E为21.32%：oHiOI&IfiOMJO变卷系说只需At=10miofOOi-SSOOi9.47%,由此对比可以看出：本文所设计的直流惟电压控制策略在对直流健电压和变压器副边电压的控制上有着竣叫钗成能力和抗干扰能加81OI8MOO?600V.38变SMffiSMMIto.2sfftfts25%,#在o.3Swiu至初曲H,传纶if度於削M

21、分段旱次§fi#»i68下的也变卷系,的直流催电压和变EE器副边电容电原的变化成形如国4所示。(a)传统滑模控制700600500400300汹10005004003002001000Z8A弓A0.10.2s03(b)分段慕次趋近律滑模控制囹4直流俄电压参考值变化时，V.和VCS仿真波形囹3输入电压变化时，和VCS仿真演形从图4可以看出：当直找蜒参考变化(a)传统滑模控制(推>0冶)(软50乌)(b)分段累次趋近律滑模控制图5输入电取变化时，VicfOVCS实验成形(整/>0冷)(提3。)(£、Aon)(族/Aon)8t.OOOM的龙费卷系饬需要以二2

22、4ms才能重浙恢复稳定，且在恢复梅定的过程中变压器副边电容电压出现了一定的振荡且反应速度较慢，而采用分段籍次苞近律的滑模控制的逆变碧ORI5Al=8msffioiM#S8g9r的直流施电压值，所需稳定时间短，过渡曲线较为平缓。由此对比可以看出：在本文所设计的分段'另次趋近律滑模控制策略下的逆变器在直流雀电压参考值改变的情况下，仍具有优良的机速响应能力和卷定性。为了验iJ本文建出的直流电IE控制策岛的正廊住和可行It,IffiX，将修垸it樱技制策昭与分段第换有近律滑模控制景昭谁行对比实验，检湖其衣输入电庄和直SMiff参考倦改变情乩下的声变器直希傕包压和变任番副边电咨电压实验放形国。折

23、入电压变化时，在不同栓制策珞下的旺准z源逆变蚩的宜流煲也压和变氏JSH边也容电压实验欢彩如四5所礼从囹5中可炸出：在分段寐卵律雅控制下戕变"直找娜和变压番副边电容电匠在输入电氏发生变化后，能埸艮快重新句定，其超浦量4携定时何场匝小于传发漏筷控制，刍直流俄蜒参考筋生变娜，在不同技膊珞下的祥淮Z勰变"直罹蜥和妊器副边电容蜒实验娜瞄6所礼图6直流隹电压参考值变化时，Vm和VCS实验波形图6直流隹电压参考值变化时，Vm和VCS实验波形(警>。冷)里>0冷)-当直S3iff参考(I变化时，分段尾JL苞近律it慎技司下逆变器的直流U电氐和变压器副边电容博压能场在攻短的时何有

24、重新携定，讨比传既滑模枝制如需要更长的时何来进入下一谊杏，实验话果与仿真弟果基本一致。4维论本文首先分析了隔离型淮Z源逆变器的工f辎式,在圳用状杰窒问平均法对逆变器进行小信号建修后，It导出了直通占空比列直流枝也压赧递用效；2后在it模控制岩的设计中，进行了滑模面和苞ii律的构造；最后，在仿真敏件及实物平台上进行了验证°伽及计的控制卷朴比传饰清模控制器在隔离型崔ZigiJ变蚩的182电压控制性能上，访杰用应速率更快，超商量更小。(下孙206页)8J.电力MIU备，？28(12)：93-97,100.8 付学谨，陈皓勇.基于理想颦法的电能,质量综合,令J.电力自动I很备，2014,34

25、(4)：26-30.9 偷"，心耻诊&.基于邱队性4侦黔殖i¥法髯j.变丘君，2015,52(5)：43-46.M王英洁，曹快悌，孔街蒂，等.基于试*点部的£电变氏J.W.2。1”22)：83-84,80.11 庶会曾，舅迎春.基干修物理论的也能底量维会量燧标研为J.电问技术,2003,27(12)：85-88.12 季直期转隹期，龙立期琴.组台RR法在电故底最岗垮合i*欣中的应用J.电力系矣自询化，2007,31(4)：56-60.13 注武，歌醵黄，济通勤，等.基于fffiS合M重的蟾质量灰色嫁会,价方法J.电力系统自询化，2012.36(10)：67-73,贾便青，囹布信，段詹寿.田电变座器丹律苗邀何题分诉J.2古电力技术,2014,32(6)：96-99.I15$巫军.徐合许价免龙、方法及应HIM.七京3学出版对2007.16 区宿4房畜炎.是于施！I法和主成分分折法的罟翩找祁J.电力耕时与队，2014,42(8)：22-27.17 员类，来港兵，胃志4等.基于慎枝我制物元酒主元分机的变氏器状杰评价J.电Z母护与在制，