一种应用于电能质量综合管理器的电流环优化方法及装置

1.本发明涉及电能质量综合管理器优化控制领域，更具体涉及一种应用于电能质量综合管理器的电流环优化方法及装置。


背景技术：

2.电能质量综合管理器是一种用于动态治理配网三相不平衡、补偿无功的新型电力电子装置，它能够根据配网用户由于不同时间段或不同负荷导致的配网三相不平衡电流，利用控制算法分离出不平衡电流的正负零序及无功，通过控制功率器件igbt的开通与关断，使逆变器发出与之相反的抵消电流，达到消除不平衡及补偿无功的作用。
3.电能质量综合管理器的控制策略采用的是电压外环和电流内环的双闭环策略，其中电压外环是比例积分控制器，电流内环则是比例控制串联重复控制，由于重复控制是以工频周期为步长进行补偿，在动态响应突变时会推迟一个工频周期的时间，响应速度较慢，因而其动态性能有所损失。百度学术2020年12月26日公开了文献《配电网电能质量综合治理控制策略研究》，其主要内容是采用底层和应用层两层控制技术，底层控制以直接电流控制技术为核心，其负责将指定的内环电流和霍尔采样电流进行pi反馈运算以后叠加到前馈电压中，用于电流的稳定控制。应用层控制用于生成指令电流，目的是将被控系统中的治理方案进行解耦，并融合有功电流、无功电流、谐波电流3个电流，最终得到合成的指令电流，并将得到和合成电流进行最终限幅以防止电能质量综合优化装置内部的电力电子器件过流。但是该文献没有公开电能质量综合管理器的电流环优化控制策略，导致在动态响应突变时，响应速度较慢。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题在于现有技术缺乏应用于电能质量综合管理器的电流环优化方法，导致在动态响应突变时，响应速度较慢的问题。
5.本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种应用于电能质量综合管理器的电流环优化方法，所述方法包括：
6.步骤a：指令前馈环节与重复控制器并联，两者的输出直接接入比例控制器的输入端形成进行电流环优化控制的系统，所述重复控制器具有周期延时特性；
7.步骤b：在稳态工作状态下，指令前馈环节不工作，系统工作在比例控制器串联重复控制器的状态下；
8.步骤c：当指令信号发生突变时也即系统进入动态时，在突变后一个周期的时间内，由于重复控制器的周期延时特性，系统变为只有比例控制器工作，一个周期后，系统进入稳态，此时重复控制器发挥作用，使系统恢复稳态工作状态。
9.本发明在系统进入动态时，在突变后一个周期的时间内，由于重复控制器的周期延时特性，系统变为只有比例控制器工作，响应速度快，一个周期后，系统进入稳态，此时重复控制器发挥作用，使系统恢复稳态工作状态，通过该控制方法系统在进入动态时快速进
入稳态。
10.进一步地，所述步骤c还包括：当指令信号发生突变时，由于重复控制器的周期延时特性，此时突变的指令信号将不会使重复控制器发挥作用，而指令前馈环节为突变的指令信号输入比例控制器提供了路径，在突变后一个周期的时间内，系统变为只有比例控制器工作，比例控制器将会根据前馈的指令信号与反馈的实际值达到快速响应，一个周期后，指令信号与反馈的实际值的差值减小，系统进入稳态，此时重复控制器发挥作用，使系统恢复稳态工作状态。
11.更进一步地，在稳态时，系统的功能由重复控制器中的积分环节来实现。
12.更进一步地，所述步骤c还包括：在系统进入动态时，系统只是进行比例控制，由于指令信号中含有谐波分量，比例控制器将无法处理此工况，其主要处理误差较大的动态响应，误差较小的动态响应也即精准的无差跟踪由下一周期的重复控制器加比例控制器来完成。
13.更进一步地，所述误差较大的动态响应指动态响应的误差超过预设的误差限值，所述误差较小的动态响应指动态响应的误差低于预设的误差限值。
14.本发明还提供一种应用于电能质量综合管理器的电流环优化装置，所述装置包括：
15.系统构建模块，用于指令前馈环节与重复控制器并联，两者的输出直接接入比例控制器的输入端形成进行电流环优化控制的系统，所述重复控制器具有周期延时特性；
16.第一控制模块，用于在稳态工作状态下，指令前馈环节不工作，系统工作在比例控制器串联重复控制器的状态下；
17.第二控制模块，用于当指令信号发生突变时也即系统进入动态时，在突变后一个周期的时间内，由于重复控制器的周期延时特性，系统变为只有比例控制器工作，一个周期后，系统进入稳态，此时重复控制器发挥作用，使系统恢复稳态工作状态。
18.进一步地，所述第二控制模块还用于：当指令信号发生突变时，由于重复控制器的周期延时特性，此时突变的指令信号将不会使重复控制器发挥作用，而指令前馈环节为突变的指令信号输入比例控制器提供了路径，在突变后一个周期的时间内，系统变为只有比例控制器工作，比例控制器将会根据前馈的指令信号与反馈的实际值达到快速响应，一个周期后，指令信号与反馈的实际值的差值减小，系统进入稳态，此时重复控制器发挥作用，使系统恢复稳态工作状态。
19.更进一步地，在稳态时，系统的功能由重复控制器中的积分环节来实现。
20.更进一步地，所述第二控制模块还用于：在系统进入动态时，系统只是进行比例控制，由于指令信号中含有谐波分量，比例控制器将无法处理此工况，其主要处理误差较大的动态响应，误差较小的动态响应也即精准的无差跟踪由下一周期的重复控制器加比例控制器来完成。
21.更进一步地，所述误差较大的动态响应指动态响应的误差超过预设的误差限值，所述误差较小的动态响应指动态响应的误差低于预设的误差限值。
22.本发明的优点在于：本发明在系统进入动态时，在突变后一个周期的时间内，由于重复控制器的周期延时特性，系统变为只有比例控制器工作，响应速度快，一个周期后，系统进入稳态，此时重复控制器发挥作用，使系统恢复稳态工作状态，通过该控制方法系统在
进入动态时快速进入稳态。
附图说明
23.图1为本发明实施例所公开的一种应用于电能质量综合管理器的电流环优化方法的控制框图；
24.图2为本发明实施例所公开的一种应用于电能质量综合管理器的电流环优化方法中稳态工作状态控制框图；
25.图3为本发明实施例所公开的一种应用于电能质量综合管理器的电流环优化方法中动态工作状态控制框图；
26.图4为传统比例串联重复控制器下的动态补偿波形；
27.图5为本发明实施例所公开的一种应用于电能质量综合管理器的电流环优化方法控制下的动态补偿波形。
具体实施方式
28.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.实施例1
30.一种应用于电能质量综合管理器的电流环优化方法，所述方法包括：
31.步骤a：指令前馈环节1与重复控制器2并联，两者的输出直接接入比例控制器3的输入端形成进行电流环优化控制的系统，所述重复控制器2具有周期延时特性；如图1所示为加入前馈环节以后的电流环控制框图，图中r(z)表示指令信号，i
*
表示给定电流值，i表示反馈电流值，z为输入变量，e(z)为指令信号与反馈的实际值的差值，q(z)为重复控制系数，n为一个周期内的采样次数，s(z)为补偿校正环节，包括相位补偿和幅值补偿，k为比例系数，g(z)为控制对象，d(z)为外界干扰信号，y(z)为系统的输出。需要说明的是，重复控制器2和比例控制器3均为现有技术，本发明的改进重点不在于比例控制器3以及重复控制器2的结构，比例控制器3和重复控制器2可以采用图中给出的结构形式也可以采用其他任何现有的结构形式，指令前馈环节1指的是在比例控制器3前端直接加一个能够接收指令信号的前馈连接线。
32.步骤b：在稳态工作状态下，指令前馈环节1不工作，系统工作在比例控制器3串联重复控制器2的状态下；
33.步骤c：如图2所示，当指令信号发生突变时也即系统进入动态时，在突变后一个周期的时间内，由于重复控制器2的周期延时特性，系统变为只有比例控制器3工作，一个周期后，系统进入稳态，此时重复控制器2发挥作用，使系统恢复稳态工作状态。具体过程为：当指令信号发生突变时，由于重复控制器2自身固有的周期延时特性，此时突变的指令信号将不会使重复控制器2发挥作用，而指令前馈环节1为突变的指令信号输入比例控制器3提供了路径，在突变后一个周期的时间内，系统变为只有比例控制器3工作，比例控制器3将会根据前馈的指令信号与反馈的实际值达到快速响应，一个周期后，经由上个周期的调节，指令
信号与反馈的实际值差值已大幅减小，系统基本进入稳态，这时候重复控制器2发挥作用，使系统恢复稳态工作状态。
34.在稳态时，由于指令信号与反馈的实际值差值较小，如图3所示，动态响应的作用基本可以忽略不计，系统的功能主要是由重复控制器2中的积分记忆功能来实现。
35.而系统进入动态时，系统可以看作是纯粹的比例控制，由于指令电流信号中可能含有谐波分量，比例控制器3对于此种工况难以发挥较好的性能，因而其主要功能是处理误差较大的动态响应，误差较小的动态响应也即精准的无差跟踪还是要交给下一周期的重复控制加比例控制器3来完成。所述误差较大的动态响应指动态响应的误差超过预设的误差限值，所述误差较小的动态响应指动态响应的误差低于预设的误差限值。
36.以下对控制策略优化部分进行仿真验证，分别选用传统比例串联重复控制策略和本发明提供的指令前馈的重复控制策略时，对突加负载的动态响应分别如图4和5所示。由仿真结果可知，在突加负载后，传统比例串联重复控制器2下的补偿电流在第一个周期内的毛刺较大，并且由于动态响应较慢，第二个周期仍然存在一定的毛刺；而指令前馈的重复控制下的补偿电流在第一个周期内毛刺较小，且第一个周期后的波形趋于标准正弦，毛刺基本不存在，所以本发明提供的方法能够使得系统在进入动态时快速进入稳态，整个工作过程稳定。
37.通过以上技术方案，本发明在系统进入动态时，在突变后一个周期的时间内，由于重复控制器2的周期延时特性，系统变为只有比例控制器3工作，响应速度快，一个周期后，系统进入稳态，此时重复控制器2发挥作用，使系统恢复稳态工作状态，通过该控制方法系统在进入动态时快速进入稳态。
38.实施例2
39.本发明还提供一种应用于电能质量综合管理器的电流环优化装置，所述装置包括：
40.系统构建模块，用于指令前馈环节1与重复控制器2并联，两者的输出直接接入比例控制器3的输入端形成进行电流环优化控制的系统，所述重复控制器2具有周期延时特性；
41.第一控制模块，用于在稳态工作状态下，指令前馈环节1不工作，系统工作在比例控制器3串联重复控制器2的状态下；
42.第二控制模块，用于当指令信号发生突变时也即系统进入动态时，在突变后一个周期的时间内，由于重复控制器2的周期延时特性，系统变为只有比例控制器3工作，一个周期后，系统进入稳态，此时重复控制器2发挥作用，使系统恢复稳态工作状态。
43.具体的，所述第二控制模块还用于：当指令信号发生突变时，由于重复控制器2的周期延时特性，此时突变的指令信号将不会使重复控制器2发挥作用，而指令前馈环节1为突变的指令信号输入比例控制器3提供了路径，在突变后一个周期的时间内，系统变为只有比例控制器3工作，比例控制器3将会根据前馈的指令信号与反馈的实际值达到快速响应，一个周期后，指令信号与反馈的实际值的差值减小，系统进入稳态，此时重复控制器2发挥作用，使系统恢复稳态工作状态。
44.更具体的，在稳态时，系统的功能由重复控制器2中的积分环节来实现。
45.更具体的，所述第二控制模块还用于：在系统进入动态时，系统只是进行比例控
制，由于指令信号中含有谐波分量，比例控制器3将无法处理此工况，其主要处理误差较大的动态响应，误差较小的动态响应也即精准的无差跟踪由下一周期的重复控制器2加比例控制器3来完成。
46.更具体的，所述误差较大的动态响应指动态响应的误差超过预设的误差限值，所述误差较小的动态响应指动态响应的误差低于预设的误差限值。
47.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。