本發(fā)明屬于逆變器建模與控制技術(shù)領(lǐng)域,具體地說(shuō),涉及一種帶非線性負(fù)載逆變器的T-S模糊模型建模方法。
背景技術(shù):
隨著用電設(shè)備數(shù)量和種類的不斷增多,特別是越來(lái)越多的電力電子設(shè)備的使用,非線性負(fù)載的比重迅速增加,而非線性負(fù)載是電力系統(tǒng)中各種諧波的主要來(lái)源。這些諧波對(duì)電網(wǎng)和其他用電設(shè)備會(huì)造成不同程度的影響和危害,必須設(shè)法給與抑制或消除。非線性負(fù)載的種類很多,有傳統(tǒng)的設(shè)備如變壓器、電弧爐等,也有現(xiàn)代使用越來(lái)越廣泛的各種各樣的電力電子裝置。電力電子裝置通常采用橋式整流電路,為設(shè)備本身提供直流工作電源。因此各種可控/不控整流電路成為目前最為廣泛和典型的非線性負(fù)載。
對(duì)于UPS或光伏/風(fēng)力發(fā)電等新能源系統(tǒng)逆變器而言,帶上非線性負(fù)載,由于輸出內(nèi)阻不可能為零,那么非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波將在內(nèi)阻上產(chǎn)生壓降,從而導(dǎo)致輸出電壓波形發(fā)生畸變。會(huì)對(duì)逆變器上的其他設(shè)備造成影響、無(wú)法正常工作,嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致其損壞。因此有必要研究非線性負(fù)載下逆變器的特性,并建立比較有效的數(shù)學(xué)模型,為進(jìn)一步的波形控制提供參考。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
為了彌補(bǔ)避免現(xiàn)有用死區(qū)來(lái)等效整流性負(fù)載的不足,本發(fā)明提出一種帶非線性負(fù)載逆變器的T-S模糊模型建模方法,為進(jìn)一步的波形控制提供參考。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種帶非線性負(fù)載逆變器的T-S模糊模型建模方法,包括以下步驟:
步驟S1:根據(jù)基爾霍夫電壓和電流定律,得到非線性負(fù)載逆變器標(biāo)準(zhǔn)的狀態(tài)方程;
步驟S2:將非線性負(fù)載的輸出電流io作為前件變量;
步驟S3:設(shè)定非線性負(fù)載的輸出電流io∈[Iomin Iomax],并得到io隸屬度函數(shù)表達(dá)式:
其中Iomin,Iomax大于0;
步驟S4:建立非線性負(fù)載逆變器的T-S模糊模型。
進(jìn)一步的,所述非線性負(fù)載逆變器包括由等效電阻Ra、電感L和電容C與輸入電源構(gòu)成的逆變回路以及并聯(lián)于電容C兩端的非線性負(fù)載,所述逆變回路中,輸入電源的正極依次串聯(lián)等效電阻Ra和電感L和電容C,電容C的負(fù)極端與輸入電源的負(fù)極連接。
進(jìn)一步的,在步驟S1中,得到所述非線性負(fù)載逆變器標(biāo)準(zhǔn)的狀態(tài)方程表達(dá)式具體包括以下步驟:
步驟S10:根據(jù)基爾霍夫電壓和電流定律,得到非線性負(fù)載逆變器標(biāo)準(zhǔn)的狀態(tài)方程:
其中,io=f(t)uo,f(t)表示非線性因子,其中Va非線性負(fù)載逆變器的輸入電源的輸出電壓,vc為電容C的電壓,iL為電感L的電流,io和uo為非線性負(fù)載的輸出電流和輸出電壓;
步驟S11:將電感電流iL和電容電壓vc作為狀態(tài)變量,由于uo=vc,得到非線性負(fù)載逆變器的狀態(tài)方程為:
uo=vc;
其中Ra為包括死區(qū)效應(yīng),功率開(kāi)關(guān)管壓降和線路壓降在內(nèi)的等效電阻;
步驟S12:根據(jù)步驟S11中的狀態(tài)方程,得到標(biāo)準(zhǔn)的狀態(tài)方程表達(dá)式:
進(jìn)一步的,在步驟S4中,T-S模糊模型表示如下:
規(guī)則一:當(dāng)io=Iomin時(shí),
規(guī)則二:當(dāng)io=Iomax時(shí),
其中,u=Va,y=uo,
C1=C2=[0 1],D1=D2=0;并且fm,fM可以由輸出電壓電流關(guān)系式io=f(t)uo計(jì)算得到:fm=Iomin/uo,fM=Iomax/uo。
從上述可知,本發(fā)明的有益效果在于:由于io的變化即體現(xiàn)了負(fù)載的變化,而且io是可測(cè)也必須測(cè)量的,因?yàn)橛?jì)算逆變器輸出功率大小,過(guò)載保護(hù)和短路保護(hù)等都需要得到io的值,因此可以把io作為前件變量。對(duì)于一個(gè)具體的逆變器而言其輸出電流允許的最大值、最小值已知,即io的論域可以事先確定,用T-S模糊模型的萬(wàn)有逼近能力對(duì)其進(jìn)行模糊化處理,建立非線性負(fù)載逆變器的T-S模糊模型。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明帶非線性負(fù)載逆變器的等效電路圖。
圖2為實(shí)施例中io的隸屬度函數(shù)。
圖3為單向半橋逆變器的電路拓?fù)鋱D。
圖4為本發(fā)明帶非線性負(fù)載逆變器的負(fù)載輸出電壓電流仿真波形。
圖5為本發(fā)明帶非線性負(fù)載逆變器單周期波形圖。
圖6為本發(fā)明帶非線性負(fù)載逆變器波形局部放大圖。
圖7為本發(fā)明帶非線性負(fù)載逆變器在突加卸負(fù)載時(shí)逆變器輸出電壓電流仿真波形。
圖8為本發(fā)明帶非線性負(fù)載逆變器在突加卸負(fù)載時(shí)逆變器輸出電壓波形局部放大圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
如圖1-2所示,本實(shí)施例提供一種帶非線性負(fù)載逆變器的T-S模糊模型建模方法,包括以下步驟:
步驟S1:根據(jù)基爾霍夫電壓和電流定律,得到非線性負(fù)載逆變器標(biāo)準(zhǔn)的狀態(tài)方程;
步驟S2:將非線性負(fù)載的輸出電流io作為前件變量;
步驟S3:設(shè)定非線性負(fù)載的輸出電流io∈[Iomin Iomax],并得到io隸屬度函數(shù)表達(dá)式:
其中Iomin,Iomax大于0;
步驟S4:建立非線性負(fù)載逆變器的T-S模糊模型。
前件變量io的隸屬度函數(shù)如圖2所示。
在本實(shí)施例中,所述非線性負(fù)載逆變器包括由等效電阻Ra、電感L和電容C與輸入電源構(gòu)成的逆變回路以及并聯(lián)于電容C兩端的非線性負(fù)載,所述逆變回路中,輸入電源的正極依次串聯(lián)等效電阻Ra和電感L和電容C,電容C的負(fù)極端與輸入電源的負(fù)極連接。
在本實(shí)施例中,在步驟S1中,得到所述非線性負(fù)載逆變器標(biāo)準(zhǔn)的狀態(tài)方程表達(dá)式具體包括以下步驟:
步驟S10:根據(jù)基爾霍夫電壓和電流定律,得到非線性負(fù)載逆變器標(biāo)準(zhǔn)的狀態(tài)方程:
其中,io=f(t)uo,f(t)表示非線性因子,其中Va非線性負(fù)載逆變器的輸入電源的輸出電壓,vc為電容C的電壓,iL為電感L的電流,io和uo為非線性負(fù)載的輸出電流和輸出電壓;
步驟S11:將電感電流iL和電容電壓vc作為狀態(tài)變量,由于uo=uc,得到非線性負(fù)載逆變器的狀態(tài)方程為:
uo=vc;
其中Ra為包括死區(qū)效應(yīng),功率開(kāi)關(guān)管壓降和線路壓降在內(nèi)的等效電阻;
步驟S12:根據(jù)步驟S11中的狀態(tài)方程,得到標(biāo)準(zhǔn)的狀態(tài)方程表達(dá)式:
在本實(shí)施例中,在步驟S4中,T-S模糊模型表示如下:
規(guī)則一:當(dāng)io=Iomin時(shí),
規(guī)則二:當(dāng)io=Iomax時(shí),
其中,u=Va,y=uo,
C1=C2=[0 1],D1=D2=0;
并且fm,fM可以由輸出電壓電流關(guān)系式io=f(t)uo計(jì)算得到:fm=Iomin/uo,fM=Iomax/uo。
本發(fā)明主要研究單相半橋逆變器和單相全橋逆變器,用來(lái)消除利用死區(qū)特性等效的整流性負(fù)載模型與實(shí)際物理模型間存在比較大的誤差。為了驗(yàn)證本發(fā)明方法的可行性,以單相半橋逆變器為例,如圖3所示,半橋逆變器拓?fù)浒ㄖ绷麟妷篤d,二極管D1、D2,開(kāi)關(guān)管T1、T2,輸出濾波電容C,負(fù)載LOAD,電感L;在Matlab下進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),仿真結(jié)果驗(yàn)證了本發(fā)明所設(shè)計(jì)建模方法的效果。
仿真參數(shù)選取如下:
圖4-圖5顯示了輸出電壓電流仿真波形,單周期波形圖,圖6波形局部放大,圖中io為負(fù)載的輸出電流,uo1為半橋逆變器負(fù)載的輸出電壓,uo2為T(mén)-S模型中負(fù)載的輸出電壓,可以看到,本發(fā)明提出的逆變器T-S模糊模型能很好的擬合非線性負(fù)載下逆變器的特性。如圖7-圖8所示,采用本發(fā)明的建模方法之后,在突加負(fù)載和突卸負(fù)載前后T-S模糊模型輸出電壓uo2與逆變器輸出電壓uo1波形幾乎重疊,說(shuō)明所建立的逆變器T-S模糊模型也適用于線性突加卸負(fù)載的情況。
綜上所述,本發(fā)明提供的帶非線性負(fù)載逆變器的T-S模糊模型建模方法,能對(duì)非線性模型進(jìn)行有效的建模。
以上已較佳實(shí)施例公開(kāi)了本發(fā)明,然其并非用以限制本發(fā)明,凡采用等同替換或者等效變換方式所獲得的技術(shù)方案,均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。