专利名称：基于无延时多旋转坐标系的单相变换器的控制方法
技术领域：
本发明属于一种单相变换器的控制方法，尤其是一种基于无延时多旋转坐标系
的单相变换器的控制方法。
背景技术：
在工业控制领域，比例积分PI控制是常用的控制方法，其可实现直流]
:的零
稳态误差控制，然而对于交流量，如交流电压或交流电流，传统PI控制难以达到理想的控制效果，存在稳态幅值和相位误差。实际应用中一般通过增大比例P或积分l系数提高系统带宽来减小控制误差，然而过大的PI系数将导致系统出现不稳定现象。对于三相系统，可通过旋转坐标变换将交流量转换为直流量。这样，即使采用较小的比例P或积分l系数来保证系统具有足够稳定裕度的情况下，也可以消除交流量的稳
态误差。比如RMattavelli于2001年发表在IEEE Trans.Industry Applications上的论文《Synchronous-frame harmonic control for high-performance AC power s邵plies》米用多方定
转坐标变换将交流量转换为直流量进行控制，然而该方法无法直接应用于单相系统。2008年，G.Franceschini在IEEE IAS Conference工业应用会议上发表论文《Synchronousreference frame grid current control for single-phase photovoltaic converters》，文中将单相交流电流延时90度后构造出虚拟的三相a |3坐标系，然后再经过旋转坐标变换将交流量转换为直流量，再采用PI控制消除稳态误差。然而该方法中需要一定的延时，对系统稳定性存在一定影响。此外，当交流量频率偏移或变化时，延时90度不易实现。所以单相系统中采用具有延时的旋转坐标变换控制方法将影响系统的控制性能。
因此，亟需探索一种无延时的旋转坐标变换方法，在系统稳定裕度较大的情况下，满足单相变换器中交流电压或电流的精确控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在满足系统稳定裕度较大情况下，减小单相变换器交流电压或电流控制的稳态幅值和相位误差的单相变换器控制方法，以增强系统对扰动信号的抵抗能力，实现单相变换器中交流量精确的控制。 本发明所采用的技术方案是 一种基于无延时多旋转坐标系的单相变换器的控制方法，其特征在于该方法是通过以下步骤实现的 步骤1 :首先将单相变换器的参考信号和反馈信号作差后得到误差信号e，然后将e分别乘以sin(" t) 、 sin(2 w t) ed2…edn禾口 eql、 eq2".eqn;
步骤2:然后将e^、 ed2-
'sin(n co t)禾P cos(" t)、 cos(2 co t)". cos(n " t) f寻至lj edl、'edn和eql、 eq2 eqn分别经过积分控制器后得到D,
dl、
D
d2
'D化禾卩D。,、 D。 步骤3 :再将Ddl、 Dd2'" Ddn和Dql、 Dq2'" Dqn分别乘以sin(" t)、 sin(2 " t)...sin(n"t)和cos("t)、 cos(2 " t)…cos(n " t)并将结果进行相加运算，并加上误差信号e经
3过比例控制器后的结果，得到调制信号D; 步骤4 :最后将D和载波进行比较产生单相变换器控制所需的逻辑信号。
本发明的有益效果是本发明的控制方法简单可行，相比于传统控制方法，只 需较小的比例积分系数且具有较大稳定裕度的情况下，可以精确控制单相变换器的交流 电压或电流，以消除对交流信号控制的稳态幅值和相位误差。本发明适用范围广泛，可 用于单相不间断电源的电压控制、单相通用逆变器的输出电压控制、单相并网逆变器的 输出电流控制、单相有源电力滤波器的电流控制等。
图1为基于无延时多旋转坐标系的单相变换器控制方法原理图 图2为无延时单旋转坐标系积分控制方法原理图 图3为单相并网逆变器控制原理图 图4为单相并网逆变器基波电流PI控制仿真结果 图5为采用本发明的单相并网逆变器基波电流控制仿真结果
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步详细具体的说明。
本发明的核心思想是首先将单相变换器中的交流量经过无延时坐标变换转换 为直流量，然后经过积分控制消除其控制中的静差，实现单相变换器中交流量的精确控 制。下面以单相并网逆变器电流控制为例说明本发明的基本原理 首先分析无延时单旋转坐标系控制方法原理，如图2所示，其中e为电流误差，
H(S)为控制器，D为调制信号。该控制方法时域表达式为D(t) = {[e(t).cos("t)]*h(t)}.cos(wt)+{[e(t).sin(wt)]*h(t)}.sin(wt) (1)设f"t) = h(t)*[e(t).cos(" t)]， f2(t) = h(t)*[e(t).sin(" t)]，然后将f"t)和f2(t)进行
拉氏变换，得
=|《啡)1一)xos(鍾)B = * l{e(0-eos(fitf》}=上ff(5)p(s + j'一 + ￡(《—(2)
2
F2(s) = !p(f)Kr),sin(w/)U = ff(s)*l{《)in(srf)} = Z/f(s){￡《s + / )} (3)
2 将式(l)进行拉氏变换，得 -1{ [(e(r), cos(滅))* W)] eos(鍾)》+ f{ [(e(#),sin(crf)) * A(/)sin(etf》=荷《(/), eos(Arf)} + f {/2的.sin(ctf)》 (4) 将式(2)和(3)代入式(4)，并化简可得
玲4〖争厕+卵,胸)-譜=会,+厕+稀—,)〗(5)
4
将积分控制| (力=1代入式(5)并化简可得7^=^7 (6) 由式(6)可知，图2中的无延时单旋转坐标系积分控制方法等效于静止坐标系的 内模控制。根据内模原理可知，若要求一个反馈控制系统具有良好的跟踪指令以及抵消 扰动影响的能力，则在反馈控制环路内部必须包含一个描述外部输入信号指令信号和扰 动信号动力学特性的数学模型，该数学模型就是所谓的"内模"(internal model)。由于 单相变换器中输入信号指令和扰动信号均为交流量，而式(6)中的控制器正是交流信号的 数学模型，因此该方法可实现交流量的精确控制。 当输入信号指令和扰动信号为多个交流量i:sin(n"t)时，则需要n个内模控制
器保证交流量的精确控制!E;r^F，此时对应的是基于无延时多旋转坐标系的控制方
法。与内模控制相比，本发明提出的方法具有频率自适应的优点，而内模控制受频率波 动的影响较大。 图3为单相并网逆变器控制原理图，其中直流侧电压为400V，交流侧电网电压 为311sin("t)+20sin(3"t)，比例系数kp二0.05， 1^=10，并网电流参考值为10sin(" t)。
图4为单相并网逆变器采用PI控制的仿真结果，可以看出，电流存在较大误 差，同时由于电网中3次谐波电压的存在导致电流中出现了3次谐波，电流总谐波畸变率 高达16.07%。 图5为采用本发明的单相并网逆变器基波电流控制仿真结果，可以看出，本发 明的控制方法可以实现电流的零稳态误差控制，同时可以有效抑制电网谐波对电流的影 响，电流总谐波畸变率仅为1.36%，远低于IEEE规定5%的标准。
权利要求
一种基于无延时多旋转坐标系的单相变换器的控制方法，其特征在于该方法是通过以下步骤实现的步骤1首先将单相变换器的参考信号和反馈信号作差后得到误差信号e，然后将e分别乘以sin(ωt)、sin(2ωt)...sin(nωt)和cos(ωt)、cos(2ωt)...cos(nωt)得到ed1、ed2...edn和eq1、eq2...eqn；步骤2然后将ed1、ed2...edn和eq1、eq2...eqn分别经过积分控制器后得到Dd1、Dd2...Ddn和Dq1、Dq2...Dqn；步骤3再将Dd1、Dd2...Ddn和Dq1、Dq2...Dqn分别乘以sin(ωt)、sin(2ωt)...sin(nωt)和cos(ωt)、cos(2ωt)...cos(nωt)并将结果进行相加运算，并加上误差信号e经过比例控制器后的结果，得到调制信号D；步骤4最后将D和载波进行比较，产生单相变换器控制所需的逻辑信号。
全文摘要
本发明涉及一种基于无延时多旋转坐标系的单相变换器的控制方法，将变换器的参考信号和反馈信号作差后得到误差信号e，然后将e分别乘以sin(ωt)、sin(2ωt)...sin(nωt)和cos(ωt)、cos(2ωt)...cos(nωt)得到ed1、ed2...edn和eq1、eq2...eqn。然后将ed1、ed2…edn和eq1、eq2…eqn分别经过积分控制器后得到Dd1、Dd2…Ddn和Dq1、Dq2…Dqn，再将Dd1、Dd2…Ddn和Dq1、Dq2…Dqn分别乘以sin(ωt)、sin(2ωt)...sin(nωt)和cos(ωt)、cos(2ωt)...cos(nωt)并将结果进行相加运算，并加上误差信号e经过比例控制器后的结果，得到调制信号D，最后将D和载波进行比较产生单相变换器控制所需的逻辑信号。本发明可以实现无延时的单相交流旋转坐标变换，有效的克服了基于延时的单相交流旋转坐标变换所存在的问题，在系统稳定裕度较大的情况下，满足单相变换器中交流电压或电流的精确控制。
文档编号H02M7/537GK101692598SQ20091007565
公开日2010年4月7日 申请日期2009年9月29日 优先权日2009年9月29日
发明者杨秋霞, 赵清林, 郭小强, 顾和荣 申请人:燕山大学