针对独立光储微电网经常遭受的各种变化和不确定性，提出一种基于滑模的控制策略，以增强对干扰的鲁棒性，改善系统的动态性能。为大大降低外界太阳照射对系统的不利影响，提出一种基于前置DC/DC变换器的非奇异快速终端滑模（non-singular fast terminal sliding mode control，NFTSMC）级联电导增量法（incremental conductance method，InC）的方案，控制光伏输出电压跟踪基准电压，来提升上限功率点跟踪（maximum power point tracking，MPPT）性能；为降低负载变化对系统的不利影响，提出一种基于滑模控制全桥逆变器的控制方案，从而保证系统稳态误差小、动态响应好；为保证直流母线电压稳定，采用传统的双回路PI控制方案实现双向DC/DC变换器，保证系统功率平衡。最后在Matlab/Simulink环境下进行仿真测试，验证控制策略的有效性。

  独立光储微电网系统结构如图1所示，由光伏电池、储能装置、DC/DC升压变换器、双向DC/DC变换器、逆变器与负载组成。其中交流母线 独立光储微电网系统结构

  光伏电池使用DC/DC升压变换器进行接口，并在MPPT控制下提取上限功率。蓄电池通过公共直流母线与光伏集成，用于保持直流母线电压恒定。储能装置和直流母线之间的功率交换能够最终靠双向DC/DC变换器来控制。最后通过单相逆变器的控制输出符合规定标准的交流电压。

  典型的LC型单相独立光储微电网含三级变流器，即前级DC/DC升压、后级DC/AC逆变器和双向DC/DC。本文关注的是前两种变换器的控制策略，因此将首先建立它们的动态模型，然后给出第3种变换器的经典等效电路。

  dc为直流母线电压；Cin为输入端电容；rpv为光伏阵列的动态电阻；L为电感；iL为电感电流；D为通过NFTSMC设计的控制信号占空比。2.2 单相逆变器动态模型LC型单相逆变器等效电路如图3所示，动态模型可表示为

  f为滤波电感；Cf为滤波电容；if为滤波电感电流；iC为电容电流；u0为输出电压，i0为负载电流；R0为负载电阻。2.3 双向DC/DC变换器等效电路经典双向DC/DC等效电路如图4所示，图中：

  /n＜1的正奇数。然而，NFTSMC涉及负指数因素，可能会引起奇点。为了尽最大可能避免这一问题，本文在终端吸引子的基础上增加项，即

  /h＞1可以有效的预防NFTSMC定律出现奇点。其控制原理如图5所示。图5 非奇异快速终端滑模控制原理

  为降低负载变化对系统的不利影响，本文在后级逆变器采用了一种变结构操控方法，即滑模控制，该方法在外部负载波动下具有保证稳定性、鲁棒性和快速动态性能的特点。无论状态轨迹的初始位置如何，SMC切换律都迫使轨迹朝向一个称为切换面或滑动面的指定表面。本文将边界层中的不连续控制律替换为连续控制，可最小化出现的抖振现象。

  )中的符号函数直接实现。因此，必须设计适当的控制法来实际克服它。将边界层中的不连续控制律

  =sign(σ(x))替换为输入信号σ(x)/φ。通过在滑动表面周围的窄边界内平滑控制律，可最小化不希望出现的抖振现象。通过将σ(x)/φ与脉冲宽度调制器中的高频载波三角信号Um作比较，可以生成逆变器的控制PWM脉冲。并且载波三角信号的斜率高于输入信号σ(x)/φ的斜率。所提出的控制方案如图6所示，由2个控制环组成。外部电压环用于在任何条件下保持恒定的输出电压，内部电容电流用于增强瞬态响应。

  由于太阳辐射和环境和温度的不确定性和间歇性以及负荷需求的变化，光伏发电与负荷需求的功率不匹配时有发生。在储能装置前加入一个双向DC/DC变换器，不仅仅可以保证能量的双向传输，还可通过稳压控制策略，将输出电压

  dc控制在固定值，保证输出的稳定。本文采用电压外环，电流内环的控制策略。

  dcref作比较，并将误差信号通过PI控制器以产生基准电流Ibref，即式中：K

  iv分别为电压外环PI控制器中的比例增益、积分增益。然后，将Ibref与蓄电池电流

  b进行比较，并将误差信号通过另一个PI控制器，以获得脉冲宽度的控制信号mbat，其控制原理如图7所示。图7 双环PI控制原理

  ii分别为电流内环PI控制器中的比例增益、积分增益。04 仿真结果分析为验证本文提出的控制策略的有效性，在Matlab/Simulink中搭建了独立光储交直流混合微电网控制模型做验证，设定直流母线所示。

  一般情况下，由于环境和温度的不显著变化对光伏发电功率变化的影响较小，因此设定外界环境和温度为25 的恒定值。为验证其对太阳辐照变化的强鲁棒性，将NFTSMC级联InC方案（方案1）与传统InC方案（方案2）作比较，本文采用2并3串的光伏阵列进行MPPT仿线种方案下的光伏输出电压

  pv、输出功率ppv以及直流母线电压udc在太阳辐照在0.3 s时从1000 W/m2降低到500 W/m2、在0.6 s时升高到1000 W/m2时的动态响应。图8 2种控制方案下太阳辐照变化时的动态响应

  pv、ppv数据分析表，表中波动幅值和响应时间为0.3 s和0.6 s这2个阶段的均值。表2 2种控制方案下upv数据分析表

  由表2~4能够准确的看出，方案1在波动幅值和响应时间方面都优于方案2。具体来说，方案1的波动幅值更小（1.33 V对比5.96 V），响应时间更短（0.0245 s对比0.0375 s），这表明方案1在电压稳定性和快速响应方面表现更好；方案1在电流控制方面也显示出更小的波动幅值（0.100 A对比0.335 A）和更短的响应时间（0.0165 s对比0.0360 s），这在某种程度上预示着方案1在电流控制的稳定性和响应速度上同样优于方案2；在功率控制方面，方案1同样展现出更小的波动幅值（3.115 W对比6.510 W）和更短的响应时间（0.0160 s对比0.0265 s）。

  由图8 d)直流母线电压能够准确的看出，控制方案1下，母线 s光伏输出功率突然变化时，母线.92 V。在控制方案2下，母线 s后稳定下来，幅值在297.55~302.53 V之间波动。直流母线%左右。

  由上述分析可知，相对于传统InC方案，NFTSMC级联InC方案具有更强的鲁棒性的同时也加快了系统响应，体现了双向DC/DC变换器双回路PI算法的有效性。

  为了验证模型对其负载变化的抗干扰性，将基于滑模控制的全桥逆变控制（方案3）与PI控制（方案4）作对比。保持外界太阳辐射度1000 W/m

  和环境温度25 不变，在0.3 s时将负载从50 Ω降低到25 Ω，在0.6 s时升高到75 Ω。系统部分电压波形、电流波形仿线 s负载发生明显的变化时，负载电流均能在0.02 s内稳定下来。但在方案3的调控下，负载电压最大升高到222.26 V，方案4的控制下，负载电压最大升高到231.31 V，电压幅值降低80.02%左右。同时由图10可知，在方案3控制下，系统的总谐波失真（total harmonic distortion，THD）比方案4更小。

  由此可见，将滑模控制边界层中的不连续控制律替换为连续控制代替传统PI控制，系统具有更强的稳定性能。

  文针对独立光储微电网的稳定性与电能质量上的问题，提出了一种基于滑模的综合控制策略。通过将NFTSMC与InC相结合，实现了对光伏输出电压的精准控制，明显提升了上限功率点跟踪的性能，使系统在太阳辐照强度变化时能快速且稳定地跟踪上限功率点，大大降低了外界太阳照射对系统的不利影响。对于后级逆变器，采用基于滑模控制的全桥逆变器控制方案，提高了系统对负载变化的适应性，保证了在负载波动时仍能保持良好的动态响应和稳态输出电压，从而提供高质量的交流电源。最后在Matlab/Simulink环境下的仿真测试结果验证了所提控制策略的有效性。

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