隔離型準Z源逆變器滑?？刂撇呗匝芯?docx

1、第35卷第3期重慶理工大學網(誠科學)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z源逆變器滑?？刂撇呗匝芯坷钣尚枇1姜帝(1.1OIi?也氣與再子I2nr1i慶4000542.重慶布族敏E底網IggO!Mt,i4000543.中MS«II1®ORrEIJ<O司，直慶401122)X要：針對隔離型準Zig網絡在直6W#ft$1小相也現(xiàn)象，導政其直流傕電壓和變暖副邊電容電壓易產生超浦和發(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

3、I直流,電田。首先根邪電原電詼、電容電&i笑差及其彼分設計相應的滑度而，并分折其存在可達性，之后設計分質系保有近律解快傳滯?？刂撇叽爸袇s/帝莊慢、其振大的何患。仿真和實驗穿果表明：費計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。關健同：隔離型準Z源逆變器；對梗控制；分段幕沃苞近律；魯履性中圖分類號：TM743攵就標機肖：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、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，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撲站構使系發(fā)其有明顯的非線性°在輸入電壓發(fā)生變IW,其宜流展電匠會出現(xiàn)起有和很蕩，導坂輸出也莊和電流程定性變差。為了更將地實現(xiàn)Z源類逆變器的直沂,電壓控制，國內外學者進行了大量研私成項ftftSI變穿構這種非線性核制黃修運用于z兼類其變畚的在H,iMI1«itT-種雙清蔑變錯構控制策珞，實現(xiàn)了對崔z源g變器的技制，有效能高了淮z源光伏并網逆變器系安的魯作住和開00：方晉等"if肖做陷型準Z原也變器系既，催出采用具有積分環(huán)修的回定開關頷率彼分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的訪杰府應速率和魯棒住，能夠顯著改善隔寓堅準Z海通變器直流電壓及輸出娜、電流特11,使整個誰變器系(b)非直通工作模式統(tǒng)具有KSfi動鑫州穩(wěn)杰住能。1隔離型準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，址會發(fā)生嚴重的4SSS導致逆變器的員壞，因此，zig類諾變器在正常工作時會經歷2個工作曜式，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=經過n隔離型隹z源適變器的2個工*模式的分舸機H邊電容電壓實麻瀏量值與參考值假差進行投帛懂膺的枝計，即可完成對直流傕電氏的技別。2滑?？刂破髟O計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行小信號遂楔后，可智到直迪占空比到直潴催電壓的傳遞*O»OOSPWMOO：E|?4PWM波進行控制。整個控制系統(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

13、M，嚴重釧逆變器的利性能時。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Mi1iM=2vcs-nv展做隔離型準Z隕網絡的建徵分折，njtt隹導出式中V”是直流鏈母線電壓，基于Z源阻抗的網絡特It可知該電壓為一歌動方觀這在實際工程環(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來實現(xiàn)對直流隹母線電壓Vd：的控制。V章膏隊母線電壓九的目標控制參考值為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為帝找倍邪礦點條we.早m.在我將時快，需要對其"性和可達性進行盟證，這一過程通常采用Lyapunov芒1.tS811Lyapunovg£:?V=s217）根胡隔離型準Z源逆變器的開關管的工作特4我開榔費：0,S>01,SwD下面進行滑好的存在住禎耶證明：滑模面存在性證明：45g系統(tǒng)從負向方向運詢趨近于清筷酬,尊S或驅求導：lim一=1:ms-Ddts-o-&X=32-X?)I叫&Ycs+til)+*(V-V)s-o-L-NCsacscs在當系統(tǒng)處于滑模面鄰域中時，VCS實際州量值近似等于！參考值。因為直通占空比D

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：在適當走以it厘系敢的借凡下，系垸從任意初始點開始運動逼近至尚慎面的it專中.SOSS<o.OOSftgio滑模面可達性證明：假設

16、系統(tǒng)運動初始點也于S>0的區(qū)域，且系統(tǒng)無法從該點抵達滑模面,由開關用數(shù)式得知此時開關管S5處于關斷狀態(tài)，整個逆變若處于非直通工作模式，故可得直通占5U成履fi膈取極限求導:=0,l!lVcs=NV.ltiL1N=ii411,對Siii11.1-+&寸cs+iiNV-V|CScsC,J2Lm：Vcs-NV;nJD=iI11)'8!«OO8O頊式i11)小干。：同理，假枝系歡運訪初始點位于s<0的區(qū)S,且系統(tǒng)無法從該點抵達滑棋面。此時，開關管S5處于導通狀態(tài)，整個逆變器處于直通工作筷式，SSfiOiOODm=0.5.JIvcs=8,對SKfiK求導: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，假設不成立，故滑模而的可達即到證肌象上歷節(jié)有it攜面參敏哺E&>。&>D,gitoooania»在整個清放枝制的設計中，帶5存撲可達是5"枝肝基此它表示了受枝耕觴在狀Ml®中從瞞點運切至仆隊站為了進-步fUSM,需要引進“菖U律”貴系飭的收費圳

18、能進行設計控制,枇設計的分魅混近律郛如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>計峰無常有搪特點：整個趨近運動分為2個過程：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)在有限時間內到達滑模面，同時在到達滑模面后無押眼現(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經分折可知，控制量叭為所及計的分近律清模控制器的等效輸出信號，是直流施電壓性制中需要的直通占空比D。3仿真與實驗為了驗證本文所及計的分段第換苴無津滑模控制器的控制性能，成置傳統(tǒng)港模控制器的孫比項，利在SAO變化時和直海蒞也氏參考值變化時進行隔離型淮Zig逆變器的仿真和實驗庭臬HZ源網絡的參數(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：當入電氐變化時，采用傳§titSgaOMOA：=23msoiM復穩(wěn)定，且在恢復穩(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：本文所設計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?？刂?00600500400300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，V.和VCS仿真波形囹3輸入電壓變化時，和VCS仿真演形從圖4可以看出：當直找蜒參考變化(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，VicfOVCS實驗成形(整/>0冷)(提3。)(£、Aon)(族/Aon)8t.OOOM的龍費卷系飭需要以二2

22、4ms才能重浙恢復穩(wěn)定，且在恢復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速度較慢，而采用分段籍次苞近律的滑?？刂频哪孀儽蘋RI5Al=8msffioiM#S8g9r的直流施電壓值，所需穩(wěn)定時間短，過渡曲線較為平緩。由此對比可以看出：在本文所設計的分段'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)良的機速響應能力和卷定性。為了驗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?？刂凭罢颜l行對比實驗，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任番副邊電咨電壓實驗放形國。折

23、入電壓變化時，在不同栓制策珞下的旺準z源逆變蚩的宜流煲也壓和變氏JSH邊也容電壓實驗歡彩如四5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驗娜瞄6所禮圖6直流隹電壓參考值變化時，Vm和VCS實驗波形圖6直流隹電壓參考值變化時，Vm和VCS實驗波形(警>。冷)里>0冷)-當直S3iff參考(I變化時，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何有

24、重新攜定，討比傳既滑模枝制如需要更長的時何來進入下一誼杏，實驗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行小信號建修后，It導出了直通占空比列直流枝也壓赧遞用效；2后在it?？刂茙r的設計中，進行了滑模面和苞ii律的構造；最后，在仿真敏件及實物平臺上進行了驗證°伽及計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 付學謹，陳皓勇.基于理想顰法的電能,質量綜合,令J.電力自動I很備，2014,34

25、(4)：26-30.9 偷"，心恥診&.基于邱隊性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*點部的£電變氏J.W.2。1”22)：83-84,80.11 庶會曾，舅迎春.基干修物理論的也能底量維會量燧標研為J.電問技術,2003,27(12)：85-88.12 季直期轉隹期，龍立期琴.組臺RR法在電故底最崗垮合i*欣中的應用J.電力系矣自詢化，2007,31(4)：56-60.13 注武，歌醵黃，濟通勤，等.基于fffiS合M重的蟾質量灰色嫁會,價方法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,2014,32(6)：96-99.I15$巫軍.徐合許價免龍、方法及應HIM.七京3學出版對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.電力耕時與隊，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的變氏器狀杰評價J.電Z母護與在制，