CN108123640A - 一种新型三相电压型pwm变流器控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种新型三相电压型PWM变流器控制方法，该方法在引入基于LCL电容电流反馈有源阻尼算法的电流环控制策略基础上，电流内环采用准PR控制器以实现无静差跟踪正弦电流基波给定；引入Delta算子以代替 Tustin 变换对控制器进行离散化实现。本发明的新型三相电压型PWM变流器控制方法，能够使***在交变量瞬态反馈时达到无稳态静差输出，并且能实现无静差跟踪正弦电流基波给定。通过引入Delta算子对控制器进行离散化实现，保证了离散结果较为接近于时域连续值，解决了 z 变换导致的数值计算不稳现象，实现了理想的电流正弦信号输出。本发明的控制***能够适应较宽范围的参数摄动，可以有效抑制参数波动对***稳定性的影响，具有强鲁棒性。
Description
技术领域
本发明属于变流器控制领域，尤其涉及一种基于LCL电容电流反馈有源阻尼算法的新型三相电压型PWM变流器控制方法。
背景技术
三相电压型 PWM 变流器(voltage source converter，VSC)能够有效降低网侧输入电流谐波畸变率(total harmonic distortion，THD)、能量可双向传输并实现单位功率因数运行，其对电能质量和***暂态响应的显著提高具有重要研究意义，因此被广泛应用于风力发电、光伏发电等分布式发电(distributed generation，DG)***，为人类应对能源危机及环境污染提供了重要途径。三相 VSC 通常为基于脉宽调制下的电流源控制，故难以避免向电网注入高频电流谐波，进而恶化网侧电能质量。而且变流器电流内环策略对电网侧和直流侧均产生较大影响，为了实现对 VSC 的有效控制，国内外相关学者对电流内环控制算法进行了深入研究。
有的学者利用派克变换和PLL将三相正弦交流信号转换为两相同步旋转dq 坐标系下的直流量，然后采用比例积分(proportional integral，PI)调节器对反馈电流误差进行控制以实现减小稳态静差。但是电流给定信号为工频50 Hz，dq轴下的电流存在强耦合，解耦运算较为复杂，导致 PI 控制器下的解耦电流存在幅值与相位误差。基于此，国内外相关学者提出了在两相静止坐标系下直接控制交流量的理想比例谐振(proportionalresonant，PR)调节器，在轴系间无耦合项，从而省去了前馈解耦和相角实时检测环节，有效降低了运算量，进而达到对特定频率交流正弦量稳态无静差跟踪，然而理想 PR 调节器将引起 180°相位滞后，进而影响***稳定性，同时基于 Tustin 离散化方法的相位裕度时滞响应使得***在电网频率扰动下出现频率畸变与鲁棒性恶化。同时，为了实现高频电流谐波的快速衰减，相较于在VSC和电网间串联单进线电抗器，LCL 拓扑可以带来更强的谐波衰减能力。由于三阶 LCL 滤波器容易发生并联谐振，在谐振频率处谐波含量将明显增多，进而导致高频谐波注入电网侧，电流总谐波畸变率增大。传统的无源阻尼在大功率应用领域易出现阻尼损耗与***稳定性问题，故无需附加无源器件的有源阻尼策略被采用，然而控制环路与阶数增多将导致变流器参数配置与优化较为复杂。为解决电流环设计过程阶数高、参数多并考虑到稳定性和稳态误差要求，有学者通过简化假定和经验公式的基础上较为便捷地实现控制器参数整定，然而***参数出现偏移时，由于稳定裕度不足会引起***性能的恶化甚至不稳定，故深入探讨计及各环节对控制***影响的频域响应尤为重要。
发明内容
本发明就是针对上述问题，提供了一种新型三相电压型PWM变流器控制方法，该方法在引入基于LCL电容电流反馈有源阻尼算法的电流环控制策略基础上，电流内环采用准PR控制器以实现无静差跟踪正弦电流基波给定；引入Delta算子以代替 Tustin 变换对控制器进行离散化实现，保证了离散结果较为接近于时域连续值，解决了z变换导致的数值计算不稳现象。
本发明采用的技术方案是，一种新型三相电压型PWM变流器控制方法，包括三阶有源阻尼 LCL滤波器、准PR控制器、有源阻尼控制策略、控制器离散化。
所述的三阶有源阻尼 LCL滤波器，由网侧电抗、桥侧电抗和支路电容组成，起到滤除高频谐波的作用。
所述的准PR控制器，作用是有效降低电网参数摄动对 VSC 输入电流的影响，达到零稳态静差跟踪给定信号。因此准PR控制器参数设计需要兼顾各性能指标对***动、静态性能的相互影响。
所述的有源阻尼控制策略，作用是LCL滤波器等效传函的分母项存在一个典型的二阶振荡环节，使得***阻尼系数得以提高，谐振尖峰实现衰减。
所述的控制器离散化，作用是实现数字控制，利用能够实现 s 域和 z 域具有线性映射的预修正Tustin 变换法对所提出的控制器离散化，可以避免自身频域混叠失真。
本发明的有益效果是：本发明的新型三相电压型PWM变流器控制方法，能够使***在交变量瞬态反馈时达到无稳态静差输出，并且能实现无静差跟踪正弦电流基波给定。通过引入Delta算子对控制器进行离散化实现，保证了离散结果较为接近于时域连续值，解决了 z 变换导致的数值计算不稳现象，实现了理想的电流正弦信号输出。本发明的控制***能够适应较宽范围的参数摄动，可以有效抑制参数波动对***稳定性的影响，具有强鲁棒性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。
图 1 是本发明电路原理框图。
具体实施方式
如图所示，本发明的新型谐波补偿方法，包括过零检测、调理电路、谐波检测、非线性负载。
所述的三阶有源阻尼 LCL滤波器，由网侧电抗、桥侧电抗和支路电容组成，起到滤除高频谐波的作用。在本发明中，网侧电抗取0.25mH，桥侧电抗取0.50mH，支路电容取116。
所述的准PR控制器，作用是有效降低电网参数摄动对 VSC 输入电流的影响，达到零稳态静差跟踪给定信号。因此准PR控制器参数设计需要兼顾各性能指标对***动、静态性能的相互影响。准 PR 控制器s 域传递函数为
,其参数调节的规律为：调节比例增益KP与谐振增益KR以符合***稳定性、动态与稳态性能；调节截止频率wc以抑制频率波动对变换器产生的扰动。其中，截止频率wc体现了控制器实时跟踪交变信号的能力，欲实现快速动态响应，***带宽需足够大。但过大的带宽将引入***开关频率等高频噪声，需要折中考虑彼此影响加以选取，在本发明中取wc=3.14 rad/s。
所述的有源阻尼控制策略，作用是LCL滤波器等效传函的分母项存在一个典型的二阶振荡环节，使得***阻尼系数得以提高，谐振尖峰实现衰减。其中阻尼比可表示为
,当增益系数H1为零时，则将较难实现闭环***稳定。故需针对H1进行合理选取，以实现***阻尼特性显著增强，在本发明中本文取，因此H1=1.6。
所述的控制器离散化，作用是实现数字控制，利用能够实现 s 域和 z 域具有线性映射的预修正Tustin 变换法对所提出的控制器离散化，可以避免自身频域混叠失真。在本发明中，采用离散域为圆半径随着采样周期而改变的Delta算子取代转移算子 z 以数字化实现 PR 控制器。
以上关于本发明的具体描述，没有局限性，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种新型三相电压型PWM变流器控制方法，其特征在于：该方法在引入基于LCL电容电流反馈有源阻尼算法的电流环控制策略基础上，电流内环采用准PR控制器以实现无静差跟踪正弦电流基波给定；引入Delta算子以代替 Tustin 变换对控制器进行离散化实现。
2.根据权利要求 1所述的新型三相电压型PWM变流器控制方法，其特征在于，所述的三阶有源阻尼 LCL滤波器，由网侧电抗、桥侧电抗和支路电容组成，起到滤除高频谐波的作用。
3.根据权利要求 1所述的新型三相电压型PWM变流器控制方法，其特征在于，所述的准PR控制器，作用是有效降低电网参数摄动对 VSC 输入电流的影响，达到零稳态静差跟踪给定信号，因此准PR控制器参数设计需要兼顾各性能指标对***动、静态性能的相互影响。
4.根据权利要求 1所述的新型三相电压型PWM变流器控制方法，其特征在于，所述的有源阻尼控制策略，作用是LCL滤波器等效传函的分母项存在一个典型的二阶振荡环节，使得***阻尼系数得以提高，谐振尖峰实现衰减。
5.根据权利要求 1所述的新型三相电压型PWM变流器控制方法，其特征在于，所述的控制器离散化，作用是实现数字控制，利用能够实现 s 域和 z 域具有线性映射的预修正Tustin 变换法对所提出的控制器离散化，可以避免自身频域混叠失真。
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