一种离散矢量比例谐振控制方法

本发明属于电力电子控制，具体涉及一种矢量比例谐振控制方法。

背景技术：

1、三相大容量变流器作为能量变换装置，在电气化交通与船舶电力系统等工业领域得到日益广泛的应用。该类变流器通常工作于低载波比工况，控制与调制延迟显著，控制环稳定裕度不足，影响其动态性能。

2、三相变流器可采用矢量比例谐振控制器在静止坐标系下实现对三相电流的控制。但受限于通常小于一千赫兹的大功率器件的开关频率，系统控制延迟可达毫秒级，其相位裕度与相应的动态性能严重不足。

3、因此，有必要设计一种新的解决方案，在大容量变流器所在的低载波比工况下，提高系统稳定性与动态性能。

技术实现思路

1、为提高大容量变流器的动态性能，本发明提出了一种离散矢量比例谐振控制方法，相比传统的离散矢量比例谐振控制器，避免了代数环或因阶次升高而使计算复杂化的问题。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种离散矢量比例谐振控制方法，包括如下步骤：

4、1)采样被控变流器中每一相的电流，经过abc/αβ坐标变换得到静止坐标系下的电流iα和iβ，并定义电流采样值iαβ＝iα+jiβ，其中iα与iβ分别为静止坐标系下α轴与β轴的电流值，iαβ为复向量，j为虚数单位；

5、2)将电流参考值iαβ_r减去电流采样值iαβ，得到电流误差iαβ_e；

6、3)电流误差iαβ_e经过负频率极点谐振环节与正频率极点谐振环节后分别得到mαβ_n和mαβ_p；mαβ_n和mαβ_p相加，得到两个谐振环节的总输出mαβ_pn：

7、4)两个谐振环节的总输出mαβ_pn经零点环节得到控制环的总输出mαβ：

8、5)控制环总输出mαβ经过αβ/abc坐标变换得到三相调制波ma、mb、mc，并在调制与驱动模块中与载波比较，生成驱动信号驱动被控变流器，实现电能变换。

9、进一步地，所述的电流误差iαβ_e经过负频率极点谐振环节对应的式i得到负频率极点谐振环节的输出mαβ_n：

10、mαβ_n＝iαβ_e·ts·e-jθ'/[1-z-1e^(-jω0ts)]  式i

11、其中，ts为控制周期，θ'为改进相位校正角，z为离散变换的算子，e是自然对数函数的底数，ω0为基波角频率；

12、进一步地，所述的电流误差iαβ_e经过正频率极点谐振环节对应的式ii得到正频率极点谐振环节的输出mαβ_p：

13、mαβ_p＝iαβ_e·ts·ejθ'/[1-z-1e^(jω0ts)]  式ii

14、进一步地，所述的两个谐振环节的总输出mαβ_pn经零点环节对应的式iii得到控制环的总输出mαβ：

15、mαβ＝mαβ_pn·k·r/l·[1-z-1e^(-ts·r/l)]/[1-e^(-ts·r/l)]  式iii

16、其中，k为比例系数，l与r分别为变流器并网滤波电感的电感值和等效串联电阻值；

17、进一步的，所述的改进相位校正角θ'为原连续域的相位校正角θ加上相位补偿角θc，对应式iv：

18、θ'＝θ+θc式iv

19、其中，相位补偿角θc通常为0.5ω0ts。

20、本发明具备的有益效果：

21、在大容量变流器对应的低载波比工况下，针对三相变流器在αβ静止坐标系下的控制，对于传统的基于双线性变换法离散的矢量比例谐振控制器，以其正频率极点谐振环节对应的式v为例：

22、mαβ_p＝iαβ_e·ejθ/[kw(1-z-1)-jω0(1+z-1)]式v

23、其中离散系数kw等于ω0/tan(ω0ts/2)。该方案为了避免计算时的代数环，通常需要分子分母同乘kw(1-z-1)+jω0(1+z-1)，让分母实数化，即其消除代数环后的正频率极点谐振环节对应式vi：

24、mαβ_p＝iαβ_e·ejθ(kw(1-z-1)+jω0(1+z-1))/[kw2(1-z-1)2+ω02(1+z-1)2]式vi

25、其面临新的阶次更高、计算更复杂的问题。而本发明改进了离散方案，离散精度高，避免了代数环或因阶次升高而使计算复杂化的问题，取得了有益的技术效果。

技术特征：

1.一种离散矢量比例谐振控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种离散矢量比例谐振控制方法，其特征在于，所述的电流误差iαβ_e经过负频率极点谐振环节对应的式i得到负频率极点谐振环节的输出mαβ_n：

3.根据权利要求1所述的一种离散矢量比例谐振控制方法，其特征在于，所述的电流误差iαβ_e经过正频率极点谐振环节对应的式ii得到正频率极点谐振环节的输出mαβ_p：

4.根据权利要求1所述的一种离散矢量比例谐振控制方法，其特征在于，所述的两个谐振环节的总输出mαβ_pn经零点环节对应的式iii得到控制环的总输出mαβ：

5.根据权利要求2所述的一种离散矢量比例谐振控制方法，其特征在于，所述改进相位校正角θ'为原连续域的相位校正角θ与相位补偿角θc之和，对应式iv：

技术总结
本发明公开了一种离散矢量比例谐振控制方法，属于电力电子控制技术领域。包含负频率极点谐振环节、正频率极点谐振环节、零点环节。针对大功率变流器开关频率及控制频率低、调控延迟高、稳定性和动态性能受限的挑战，本发明提出了离散矢量比例谐振控制方法，离散方案准确度高，与原连续域控制器具有良好的一致性。且本离散方案相比传统双线性变换的离散方案计算更为简便。因此，通过本发明的离散矢量比例谐振控制，可实现大容量变流器低载波比工况下矢量比例谐振控制器在离散化实现时的较高精确度与更低计算量。

技术研发人员：向鑫,颜晔,刘博欣,雷锦涛,施天灵,李武华,何湘宁,阿敏夫
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15