一种基于重复控制的三相整流谐波的消除方法及系统与流程

技术特征：

1.一种基于重复控制的三相整流谐波的消除方法，其特征在于，步骤如下：

S1、首先在建立第一PI控制器模型以及带补偿器且反馈回路中加入衰减环节的重复控制器模型，所述重复控制器模型中补偿器为带相位补偿和幅值补偿的第二PI控制器模型；

S2、获取三相PWM整流器交流侧的三相电流i_a、i_b和i_c；

S3、将三相电流i_a、i_b和i_c坐标变换到d-q两相正交坐标系中，得到d-q两相正交坐标系下的两相电流i_d、i_q；

S4、获取三相电流在dq轴上的电流给定值i_d^*和i_q^*；

S5、将电流i_d和电流给定值i_d^*作减法运算后分别输入至步骤S1中建立的第一PI控制器模型和重复控制器模型中，由第一PI控制器模型进行PI控制后输出第一值，由重复控制器模型进行重复控制后输出第二值；将电流i_q和电流给定值i_q^*作减法运算后分别输入至步骤S1中建立的第一PI控制器模型和重复控制器模型中，由第一PI控制器模型进行PI控制后输出第三值，由重复控制器模型进行重复控制后输出第四值；

S6、将第一PI控制器模型输出的第一值和重复控制器模型输出的第二值进行叠加，在叠加过程中，三相PWM整流器产生的谐波扰动串入，产生控制量U_d；将第一PI控制器模型输出的第三值和重复控制器模型输出的第四值进行叠加，在叠加过程中，三相PWM整流器产生的谐波扰动串入，产生控制量U_q；

S7、将两相控制量U_d和控制量U_q通过坐标变换到α-β两相静止坐标系中，得到α-β两相坐标系中的控制量U_α和控制量U_β；

S8、将控制量U_α和控制量U_β信号进行脉冲调制处理后传送至三相PWM整流器的IGBT开关管中。

2.根据权利要求1所述的基于重复控制的三相整流谐波的消除方法，其特征在于，所述步骤S1中PI控制器模型和带补偿器且反馈回路中加入衰减环节的重复控制器模型由通过DSP建立。

3.根据权利要求1所述的基于重复控制的三相整流谐波的消除方法，其特征在于，所述重复控制器模型包括加法运算环节、第一延时环节、第二延时环节和补偿器；加法运算环节的其中一个输入作为重复控制器模型的输入，加法运算环节的输出分别传送至第一延时环节和第二延时环节，第二延时环节的输出传送至补偿器；第一延时环节处于重复控制器模型的反馈回路中，在其之后加入衰减环节，反馈信号经过第一延时环节和衰减环节后传送至加法运算环节的另一个输入；

所述补偿器由相位补偿环节、幅值补偿环节和PI控制环节组成；第二延时环节的输出通过相位补偿环节和幅值补偿环节后输出至PI控制环节；PI控制环节的输出作为重复控制器模型的输出。

4.根据权利要求3所述的基于重复控制的三相整流谐波的消除方法，其特征在于，所述重复控制器模型的离散传递函数G(z)为：

$G\left(z\right)=\frac{z^{-N}}{1-Q\left(z\right)z^{-N}}{C}_{PI}\left(z\right);$

$C_{PI}\left(z\right)=(k_p+\frac{k_i}{1-z^{-1}})z^k.k_r;$

其中C_PI(z)重复控制器模型中补偿器的离散传递函数；Q(z)为重复控制器模型反馈回路中加入的衰减环节对应的衰减量；所述z^-N为N个单位的延时，是第一延时环节和第二延时环节的延时，N为一个周期内的采样点数；z^k为重复控制器模型中补偿器中的相位补偿，即相位补偿环节所做的相位补偿，其中k为一系数，取1或2，k_r为重复控制器模型中补偿器中的幅值补偿，即补偿器中幅值补偿环节所做的幅值补偿；k_p为补偿器中PI控制环节的比例系数，k_i为补偿器中PI控制环节的积分系数。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的基于重复控制的三相整流谐波的消除方法，其特征在于，所述重复控制器模型反馈回路中加入的衰减环节为常数衰减环节或低通滤波器衰减环节。

6.根据权利要求1所述的基于重复控制的三相整流谐波的消除方法，其特征在于，所述步骤S3中将三相电流i_a、i_b和i_c坐标变换得到d-q坐标系下的两相电流i_d、i_q的具体过程如下：

首先将三相电流i_a、i_b和i_c通过Clark变换到α-β两相正交坐标系中，得到α-β两相正交坐标系下的两相电流i_α、i_β：

$\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{\α}}\\ i_{\mathrm{\β}}\end{array}\right]=\frac{2}{3}\left[\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_a\\ i_b\\ i_c\end{array}\right];$

然后将两相电流i_α、i_β通过变换矩阵变换到d-q两相正交坐标系下，得到d-q两相正交坐标系下的两相电流i_d、i_q：

$\left[\begin{array}{c}{i}_d\\ i_q\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}cos\mathrm{\θ}& \sin \mathrm{\θ}\\ -sin\mathrm{\θ}& \cos \mathrm{\θ}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{\α}}\\ i_{\mathrm{\β}}\end{array}\right].$

7.根据权利要求1所述的基于重复控制的三相整流谐波的消除方法，其特征在于，所述步骤S7中脉冲调制的方式为空间矢量脉冲调制。

8.一种基于重复控制的三相整流谐波的消除系统，其特征在于，包括第一坐标变换模块、第一减法器模块、第二减法器模块、第一PI控制器模块、第二PI控制器模块、第一重复控制器模块、第二重复控制器模块、第一加法器模块、第二加法器模块、第二坐标变换模块和脉冲调制模块；

所述第一坐标变换模块，用于将从三相PWM整流器交流侧获取到的三相电流i_a、i_b和i_c坐标变换到d-q两相正交坐标系中，得到d-q两相正交坐标系下的两相电流i_d、i_q；

所述第一减法器模块，用于将电流i_d和电流给定值i_d^*作减法运算后分别输入至第一PI控制器模块和第一重复控制器模块；

所述第一PI控制器模块，用于接收第一减法器模块输出的结果，进行PI控制后输出第一值；

所述第一重复控制器模块带第一补偿器模块且反馈回路中加入第一衰减环节，用于接收第一减法器模块输出的结果，进行重复控制后输出第二值；所述第一补偿器模块包括依次通信连接的第一相位补偿环节、第一幅值补偿环节和第一PI控制环节；

所述第一加法器模块，用于将第一PI控制器模块输出的第一值、第一重复控制器模块输出的第二值以及串入的谐波扰动进行叠加运算，获取到控制量U_d；

所述第二减法器模块，用于将电流i_q和电流给定值i_q^*作减法运算后分别输入至第二PI控制器模块和第二重复控制器模块；

所述第二PI控制器模块，用于接收第二减法器模块输出的结果，进行PI控制后输出第三值；

所述第二重复控制器模块带第二补偿器模块且反馈回路中加入第二衰减环节，用于接收第二减法器模块输出的结果，进行重复控制后输出第四值；所述第二补偿器模块包括依次通信连接的第二相位补偿环节、第二幅值补偿环节和第二PI控制环节；

所述第二加法器模块，用于将第二PI控制器模块输出的第三值、第二重复控制器模块输出的第四值以及串入的谐波扰动进行叠加运算，获取到控制量U_q；

所述第二坐标变换模块，用于接收第一加法器模块输出的控制量U_d和第二加法器模块输出的控制量U_q，然后将两相控制量U_d和控制量U_q通过坐标变换到α-β两相静止坐标系中，得到α-β两相坐标系中的控制量U_α和控制量U_β；

所述脉冲调制模块，用于接收第二坐标变换模块输出控制量的U_α和控制量U_β，进行脉冲调制处理后传送至三相PWM整流器的IGBT开关管中。

9.根据权利要求8所述的基于重复控制的三相整流谐波的消除系统，其特征在于，所述第一坐标变换模块、第一减法器模块、第二减法器模块、第一PI控制器模块、第二PI控制器模块、第一重复控制器模块、第二重复控制器模块、第一加法器模块、第二加法器模块、第二坐标变换模块和脉冲调制模块均由DSP内部编程实现。

10.根据权利要求8或9所述的基于重复控制的三相整流谐波的消除系统，其特征在于，所述第一重复器控制模块由第一加法运算环节、第一延时环节、第二延时环节和第一补偿器模块组成；第一加法运算环节的其中一个输入作为第一重复控制器模块的输入，第一加法运算环节的输出传送至第一延时环节和第二延时环节，第二延时环节的输出传送至第一补偿器模块，第一延时环节处于第一重复控制器的反馈回路中，在第一重复控制器的反馈回路中，第二衰减环节加在第三延时环节之后，反馈信号经过第一延时环节和第一衰减环节后传送至第一加法运算环节的另一个输入，其中第一延时环节加入的第一衰减环节为常数衰减环节或低通滤波器衰减环节；

第一补偿器中的第一PI控制环节包括第一微分环节和第一积分环节；第二延时环节的输出通过第一相位补偿环节和第一幅值补偿环节后输出至第一PI控制环节；第一PI控制环节的输出作为第一重复控制器模块的输出；

所述第一重复控制器模块的离散传递函数G′(z)为：

$G^{\′}\left(z\right)=\frac{z^{-N}}{1-Q^{\′}\left(z\right)z^{-N}}{C}_{PI}^{\′}\left(z\right);$

$C_{PI}^{\′}\left(z\right)=(k_p^{\′}+\frac{k_i^{\′}}{1-z^{-1}})z^{k^{\′}}.k_r^{\′};$

其中C′_PI(z)第一重复控制器模块中第一补偿器模块的离散传递函数；Q′(z)为第一重复控制器模块反馈回路中加入第一衰减环节对应的衰减量，所述z^-N为N个单位的延时，N为一个周期内的采样点数，z^k′为第一重复控制器模块中第一补偿器模块中的相位补偿，即第一相位补偿环节所做的相位补偿，其中k′为一系数，取1或2；k′_r为第一重复控制器模块中第一补偿器模块中的幅值补偿，即第一幅值补偿环节所做的幅值补偿，k′_p为第一补偿器模块中第一PI控制环节的比例系数，k′_i为第一补偿器模块中第一PI控制环节的积分系数；

所述第二重复器控制模块由第二加法运算环节、第三延时环节、第四延时环节和第二补偿器模块组成；第二加法运算环节的其中一个输入作为第二重复控制器模块的输入，第二加法运算环节的输出传送至第三延时环节和第四延时环节，第四延时环节的输出传送至第二补偿器模块，第三延时环节处于第二重复控制器的反馈回路中，在第二重复控制器的反馈回路中，第二衰减环节加在第三延时环节之后，反馈信号经过第三延时环节和第二衰减环节后传送至第二加法运算环节的另一输入，其中第二衰减环节为常数衰减环节或低通滤波器衰减环节；

第二补偿器模块中的第二PI控制环节包括第二微分环节和第二积分环节；第四延时环节的输出通过第二相位补偿环节和第二幅值补偿环节后输出至第二PI控制环节；第二PI控制环节的输出作为第二重复控制器模块的输出；

所述第二重复控制器模块的离散传递函数G″(z)为：

$G^{\′\′}\left(z\right)=\frac{z^{-N}}{1-Q^{\′\′}\left(z\right)z^{-N}}{C}_{PI}^{\′\′}\left(z\right);$

$C_{PI}^{\′\′}\left(z\right)=(k_p^{\′\′}+\frac{k_i^{\′\′}}{1-z^{-1}})z^{k^{\′\′}}.k_r^{\′\′};$

其中C″_PI(z)第二重复控制器模块中第二补偿器模块的离散传递函数；Q″(z)为第二重复控制器模块反馈回路中加入第二衰减环节对应的衰减量，所述z^-N为N个单位的延时，N为一个周期内的采样点数，z^k″为第二重复控制器模块中第二补偿器模块中的相位补偿，其中k″为一系数，取1或2；k″_r为第二重复控制器模块中第二补偿器模块中的幅值补偿，k″_p为第二补偿器模块中第二PI控制环节的比例系数，k″_i为第二补偿器模块中第二PI控制环节的积分系数。