本發明涉及一種光伏并網逆變器控制方法，具體涉及一種采用模型參考自適應和反演全局快速終端滑模混合算法的光伏并網逆變器控制方法，屬于控制系統技術領域。

背景技術：
小型光伏并網系統通常采用兩級式高頻不帶隔離變壓器的電路拓撲結構。即前級采用Boost電路實現DC-DC變換，后級采用高頻逆變器實現DC-AC變換。在Boost電路中通過最大功率點跟蹤MaximunPowerPointTracking(MPPT)控制，提高發電能力。近年來，光伏系統并網發電得到快速發展。但是光伏發電本身具有不穩定性的特點，其并網電能的質量和發電效率受外界環境溫度、光照強度、系統結構參數不確定性和外界干擾等多種因素的影響，因而有效的逆變器控制算法是解決光伏系統并網問題的關鍵。傳統的滯環比較逆變器控制方法不能有效處理系統不確定性和擾動問題，從控制機理上就存在抖振現象，當系統環境突變時自動跟蹤性能較差；而普通滑模控制方法無法保證系統在有限時間內收斂到滑模面，漸進收斂的速度較慢。

技術實現要素：
為了解決上述技術問題，本發明提供了一種光伏并網逆變器控制方法。為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案是：一種光伏并網逆變器控制方法，包括以下步驟，步驟一，根據電路定理和狀態空間平均法建立逆變器數學模型；其中，狀態變量vac為逆變器交流側輸出電壓，vdc逆變器直流側電壓，Cac和Lac分別為逆變器交流側電容和電感，RL為電網負載，D為逆變器占空比，為干擾項，為外界干擾，Δ1和Δ2分別為由電容和電感的參數引起的誤差項；步驟二，設計逆變器控制器；A1)構造虛擬控制函數；定義控制目標為逆變器交流側輸出電壓vac，參考電壓為電網工頻正弦交流電壓令跟蹤偏差則則虛擬控制函數為，其中，c1為一個大于零的實數；A2)選取Lyapunov函數，V1的導數為，如果e2＝0，那么所以需要設計新的Lyapunov函數；A3)定義滑模面為，其中，α,β是滑模面常數，p1，p2為正奇數，且p1＞p2；將虛擬控制函數和跟蹤偏差代入可得，則A4)加入模型參考自適應控制，設計新的Lyapunov函數；根據干擾項的性質，假設自適應控制律設計按照下式進行，其中，正常數m0,m1和m2為自適應增益，和分別是b0,b1和b2的估計值，b0,b1,b2為正的未知參數；新的Lyapunov函數為，其中，i＝0、1、2，是b0,b1,b2的估計誤差；新的Lyapunov函數求導可得，A5)采用模型參考自適應和反演全局快速終端滑模混合算法的控制律為，其中，所述逆變器所在的單相光伏并網發電系統結構為兩級式高頻不隔離并網電路。所述逆變器結構為全橋電壓型逆變器。通過在逆變器控制器中設計邊界層，來降低滑模控制的抖振現象。通過設置p1,p2的范圍滿足全局快速終端滑模非奇異的要求。本發明所達到的有益效果：1、本發明所述的逆變器控制方法能夠滿足魯棒性、穩定性和快速性的要求，當系統環境發生突變時，控制算法能可靠工作，使得光伏逆變器輸出穩定的正弦交流電壓；2、本發明采用模型參考自適應控制進行控制率設計，達到自動跟蹤擾動的目的；3、本發明滿足逆變器動態響應的要求，使得控制具有魯棒性；4、本發明的反演控制把系統分解為降階的子系統，為子系統設計Lyapunov函數和虛擬控制函數保證控制穩定性；5、本發明的全局快速終端滑模控制提高系統收斂速度，對可能出現的奇異問題通過參數設計進行避免。附圖說明圖1為單相光伏并網發電系統結構圖。圖2為S1、S4導通時的電路。圖3為逆變器控制器設計結構圖。圖4為標準工作狀態下逆變器輸出電壓與參考并網電壓對比圖。圖5為光照和溫度變化圖。圖6為光照和溫度變化下的逆變器輸出波形圖。其中，圖1中CPV和LPV分別為光伏電池側電容和電感,vPV和iPV分別光伏電池側電壓和電流，S為Boost電路的開關管，Cdc為Boost電路升壓輸出側電容，vdc和idc分別為逆變器直流側電壓和電流，S1～S4為逆變器開關管，Cac和Lac分別為逆變器交流側電容和電感，vac為逆變器交流側輸出電壓，iL為電網負載電流，RL為電網負載,vac*為并網參考電壓。圖3中為并網參考電壓一階導數，為逆變器交流側輸出電壓一階導數，e1為跟蹤偏差，e2為虛擬控制函數，c1,c2為大于零的實數，α,β為滑模面常數，p1,p2為正奇數，sc為滑模面，δ為邊界層厚，為未知參數估計值，m0,m1,m2為自適應增益，D1為逆變器占空比階段值，D為逆變器占空比。具體實施方式下面結合附圖對本發明作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護范圍。如圖1所示，一種光伏并網逆變器控制方法，包括以下步驟：步驟一，根據電路定理和狀態空間平均法建立逆變器數學模型。逆變器所在的單相光伏并網發電系統結構為兩級式高頻不隔離并網電路，具體如圖1所示，由光伏陣列、Boost升壓電路(即DC-DC電路)、逆變電路(DC-AC電路)和負載組成。前級Boost電路，通過對PWM(脈沖寬度調制)控制實現MPPT和DC-DC升壓變換；后級為逆變器，通過PWM控制開關管的導通和截斷，實現DC-AC變換，提供符合標準的交流電能并網。這種電路在逆變器結構中省去了的工頻變壓器，因而具有效率高、重量輕的優點，在小功率分布式光伏發電系統中得到廣泛應用。逆變器結構為全橋電壓型逆變器，如圖1中DC-AC部分所示，設S1～S4為理想開關管，一個周期內S1、S4導通的時間占周期的比例為D，S2、S3導通的時間占周期的比例為1-D。S1、S4導通時的電路如圖2所示，根據電路定理可知，其中，iac逆變器交流側輸出電流；同理可知當S2、S3導通時有，根據狀態空間平均法，則一個周期內逆變器的數學模型可以描述為(1)式×D+(2)式×1-D，即，對求導可得，把帶入(4)后得，令狀態變量對逆變器建立狀態方程如下，考慮到實際應用中逆變器會受到參數不確定性、外界因素的干擾，加入干擾項的方程為,式中,Δ1和Δ2分別為由電容和電感的參數引起的誤差項，為干擾項，為外界干擾,則(7)式變為(8)式即為考慮到系統結構參數不確定性和外界干擾項的逆變器數學模型。步驟二，設計逆變器控制器。根據光伏電池的物理特性可知，光照強度和環境溫度的改變會對電池輸出vPV、iPV產生影響，從而影響升壓電路vdc的輸出。由公式(8)可知，vdc和φ(t)的變化會引起狀態變量x1的波動。故提出對光伏逆變器采用模型參考自適應控制和反演全局快速終端滑模控制，達到逆變器自動跟蹤外界擾動，削弱抖振的目的。控制器設計結構圖如圖3所示，設計思路如下：首先根據被控對象的性質，設計一個被控對象的參考模型，要求該參考模型能夠跟蹤上被控對象的動態響應；其次，如果被控對象參數未知或存在的未知干擾，采取參數估計值取代系統中的未知參數，其中參數估計值根據設計的自適應控制律動態調整；然后，采用反演全局快速終端滑模控制，構造出包含跟蹤誤差和參數估計誤差的Lyapunov方程，再基于Lyapunov穩定性理論設計出控制器的控制律。當被控對象與參考模型之間存在誤差時，自適應律根據誤差信息來修正控制器參數，使誤差逐漸趨于零。反演控制將系統分解為不超過系統階數的子系統，為每個子系統設計Lyapunov函數和中間虛擬量，一直后退到整個系統，以此設計出控制率。由于逆變器是典型的非線性系統，反演方法適合對復雜的非線性系統進行分解，并保留所有的非線性信息。為擴大控制方法的適用范圍，將反演控制與滑模控制相結合，提高控制器的魯棒性。全局快速終端滑模控制是在普通線性滑模面的基礎上加入非線性項，使得系統在遠離平衡狀態時快速收斂，保證狀態跟蹤誤差能夠在有限時間內到達零。反演全局快速終端滑模控制能夠在保證控制穩定性的基礎上，加快控制速度。逆變器控制器包括模型參考自適應控制設計和反演全局快速終端滑模控制設計。設計逆變器控制器具體步驟如下：A1)構造虛擬控制函數。定義控制目標為逆變器交流側輸出電壓vac，并網參考電壓vac*為電網工頻正弦交流電壓，令跟蹤偏差e1＝vac-vac*，則則虛擬控制函數為，其中，c1為一個大于零的實數。A2)選取Lyapunov函數，V1的導數為，如果e2＝0，那么所以需要設計新的Lyapunov函數。A3)定義滑模面為，其中，α,β是滑模面常數，p1，p2為正奇數，且p1＞p2；根據公式(10)和(9)可知，則根據公式(9)和(8)可得，當系統遠離平衡狀態時，非線性部分能夠使得系統呈指數級數收斂，當系統接近平衡狀態時線性部分αe1的收斂速度比非線性部分快，使得系統全局快速收斂。A4)加入模型參考自適應控制，設計新的Lyapunov函數。模型參考自適應控制設計如下：根據干擾項的性質，假設其中，b0,b1,b2為正的未知常數。設和分別是b0,b1和b2的估計值，按照下式進行自適應控制律設計，以實現對未知參數b0,b1,b2的估計，即式中，正常數m0,m1和m2為自適應增益；設是b0,b1,b2的估計誤差，因為b0,b1,b2正的未知常數，所以有導數新的Lyapunov函數為，新的Lyapunov函數求導，根據式(12)和(16)可得，A5)采用模型參考自適應(MRAC)和反演全局快速終端滑模(BGFTSMC)混合算法的控制律為，其中，將式(21)帶入式(20)，并結合式(15)可得，當c1和c2＞0時有跟蹤軌跡在有限時間內到達了滑模面，并停留在滑模面上，系統滿足李雅普諾夫第二穩定性定理條件。說明根據式(21)設計的占空比D使得跟蹤偏差e1為零，即控制逆變器輸出交流電壓vac趨近于電網參考電壓，故根據自適應參數設計的控制律能夠滿足逆變器系統的穩定性要求。為了進一步降低滑模控制的抖振現象，在逆變器控制器中設計邊界層提高系統的跟蹤性能。其中，δ＞0，為邊界層厚。在設計的控制律中，(21)中含有項，當e1＝0時可能會導致奇異問題。奇異問題可以通過參數設計來避免，根據滑模面公式(14)，當到達滑模面時，sc＝0，所以設計正奇數p1,p2的范圍為p2＜p1＜2p2，即可保證和不奇異，因而不奇異。在本發明中令p1＝5,p2＝3以滿足非奇異設計的要求。全局快速終端滑模控制通過參數設置，可以證明會在有限時間內到達滑模面。證明過程如下：當到達滑模面時sc＝0，根據公式(14)，可以得到定義則則重新改寫(24)為解此一階常系數線性微分方程，有當t＝0時，C＝y(0)，則(27)為設到達平衡點(滿足e1＝0且y＝0)的時間為ts，公式(28)變成因此，即所以證明出從初始狀態e1(0)≠0到平衡狀態e1(ts)＝0的時間ts滿足下式說明通過設定α,β,p1,p2，使得系統在有限時間內到達平衡狀態。系統參數設置如表一所示。表一系統參數表當光照強度為1000W/m2，環境溫度為25℃時，光伏逆變器交流結果輸出如圖4所示。從圖中可以看出，逆變器在經過7個周波的暫態過程后，輸出工頻正弦交流電，并穩定運行。說明逆變器的控制算法有效。考慮到實際光伏系統運行過程中的光照強度和環境溫度會隨時發生變化，圖5模擬了0.6秒的時間內發生幾次階躍變化，圖6記錄下逆變器交流電壓輸出和光伏電池輸出功率。發現交流電壓在7個周波后即穩定，當光照和溫度發生變化時，交流電壓輸出基本不受影響，說明逆變控制器能夠穩定工作，算法魯棒性較強，能夠適應不同的工作狀態。上述方法采用模型參考自適應控制進行控制率設計，達到自動跟蹤擾動的目的；上述方法滿足逆變器動態響應的要求，使得控制具有魯棒性；上述方法的反演控制把系統分解為降階的子系統，為子系統設計Lyapunov函數和虛擬控制函數保證控制穩定性；上述方法的全局快速終端滑模控制提高系統收斂速度，對可能出現的奇異問題通過參數設計進行避免。綜上所述，本發明所述的逆變器控制方法能夠滿足魯棒性、穩定性和快速性的要求，當系統環境發生突變時，控制算法能可靠工作，使得光伏逆變器輸出穩定的正弦交流電壓。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本發明的保護范圍。