一种基于重复滑模的gsc控制方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于变流器控制技术领域，具体涉及一种基于重复滑模的GSC控制方法。
【背景技术】
[0002] GSC(并网三相电压源型变流器）由于具有包括能量可双向流动、功率因数可调、谐 波污染少等诸多优点，在功率因数补偿、可再生能源、直流输电、有源滤波等领域均有广泛 的应用。由于GSC与电网直接相连，实际电网中的不平衡及谐波污染等非理想特性将直接影 响其运行性能和输出电能质量。Xu H，Hu J，He Y在文献"Integrated modeling and enhanced control of DFIG under unbalanced and distorted grid voltage conditions"（IEEE Transaction on Energy Conversion，2012)中表明，此时GSC输出电流 会发生严重的不平衡和谐波畸变，这将对电网造成进一步污染。为改善该情况下GSC的运行 性能，目前文献主要基于以下技术提高GSC系统对不平衡及谐波电流的控制能力：1)基于谐 振调节器的矢量/直接功率控制技术;2)重复控制技术;3)谐振滑模控制技术。其中王辉等 在文献"电网电压不平衡下直接功率矢量控制"（电力电子技术，2012)中采用基于谐振调节 器的直接功率控制技术；Shen G、Zhu X和Zhang J等在文献"A new feedback method for PR current control of LCL-fliter-based grid-connected inverter"（EEE Transactions on Industrial Electronics，2010)中米用基于谐振调节器的矢量控制策 略;全宇和年珩在文献"不平衡及谐波电网下并网逆变器的谐振滑模控制技术"（中国电机 工程学报，2014)中采用基于谐振控制器的滑模控制策略。这类文献都通过使用谐振调节器 对谐振点处的谐波电流分量进行单独控制，一个谐振调节器只能对处于谐振频率处的特定 次谐波进行控制。如需要对所有可能出现的谐波电流进行控制时，需要数目相当大的不同 谐振频率的谐振调节器。过多的谐振调节器使得系统出现更多的闭环极点，对系统稳定性 造成不利影响。重复控制技术中的重复控制器可对基波及所有谐波频率处电流进行控制， 能适应实际电网中难以预计的谐波畸变情况。然而，由于重复控制存在一个基波周期的延 时，系统动态响应比较缓慢。谐振滑模控制技术中，其构造滑模面的过程中加入了谐振调节 器，使得系统在该谐振频率处能实现无静差控制，同时也保留了滑模控制系统快速的动态 响应能力。然而，与基于谐振控制器的矢量控制相似，该控制技术作用于特定次谐波。若考 虑电网可能出现的所有谐波畸变情况，需要加入过多的谐振调节器，这将降低系统的稳定 裕度，如图1所示。
【发明内容】
[0003] 针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种基于重复滑模的GSC控 制方法，能够提高系统动态响应速度，并控制所有可能出现的谐波电流。
[0004] -种基于重复滑模的GSC控制方法，包括如下步骤：
[0005] 步骤（1)采集GSC的三相进线电压、三相进线电流和直流母线电压，通过Park变换 确定三相进线电压和三相进线电流在同步速旋转d_q坐标系中的分量；
[0006] 步骤(2)根据所述的直流母线电压通过PI调节，计算得到有功电流参考量；
[0007] 步骤(3)根据参考电流和三相进线电流在同步速旋转d-q坐标系中的分量通过重 复控制器调节，计算得到电流滑模值Sd和S q;
[0008] 步骤(4)根据所述的电流滑模值Sd和sq，计算滑模控制中的开关控制量；
[0009] 步骤(5)计算滑模控制中的等效控制量，将等效控制量和开关控制量相加，得到滑 模控制的电压指令在同步速旋转d-q坐标系中的分量;通过Park反变换将在同步速旋转d-q 坐标系中的电压指令分量，变换为在同步速旋转d-q坐标系中的电压指令分量;进而根据电 压指令在同步速旋转d-q坐标系中的分量通过SVPWM技术构造得到一组PWM信号以对GSC进 行控制。
[0010] 所述的步骤(2)中，根据以下算式进行PI调节，计算得到d轴电流参考量；
[0011]
[0012] AUdc = Udcref-Udc
[0013] 其中：Udc为GSC的直流母线电压，Udcref为给定的参考直流母线电压，Idref为d轴电流 参考量，心和心分别为给定的比例系数和积分系数，S为拉普拉斯算子。
[0014] 所述的步骤(3)中，根据以下算式进行重复控制器调节，计算得到电流滑模值Sd和 Sq：
[0015]
[0016]
[0017] 其中：Δ Id = Idref-Id，Δ Iq=Iqref-Iq;Idref和I qref分别为d轴电流参考量和q轴电流 参考量，l4PIq分别为三相进线电流在同步速旋转d-q坐标系中的d轴分量和q轴分量，ki为 给定的积分系数，k r为给定的重复控制系数，kf为提高重复控制稳定性的给定系数，s为拉普 拉斯算子，τ = 0.01。
[0018] 所述的步骤(4)中，根据电流滑模值Sd和Sq通过以下算式计算滑模控制中的开关控 制量：
[0019] Δ Vd = kssat(Sd)+ki Δ Id
[0020] Δ Vq = kssat(Sq)+ki Δ Iq
[0021] 其中：Δ Vd和Δ Vq分别为滑模控制中的开关控制量在同步速旋转d-q坐标系中的d 轴分量和q轴分量，sat为饱和函数，ks为给定的滑模控制系数。
[0022]所述的步骤(5)中，根据以下算式计算滑模控制中的等效控制量：
[0023] Vd_eq = Ud-RId+〇LIq
[0024] Vq_eq = Uq-RIq-〇LId
[0025] 其中：Vd^q和Vuq分别为滑模控制中的等效控制量在同步速旋转d-q坐标系中的d 轴分量和q轴分量，Ud和Uq分别为三相进线电压在同步速旋转d_q坐标系中的d轴分量和q轴 分量，ω为三相进线电压角频率，ω = 314rad/s。
[0026] 本发明能够较大的提高系统的动态响应速度，减小在背景谐波干扰下的交流误 差。此外，本发明能够确保任意背景谐波干扰下，输出电流正弦对称，使其满足电网公司规 定的并网谐波标准，从而有效提高弱电网电压条件下向电网输入的电能质量，确保电力系 统的稳定性及安全。本发明采用基于重复滑模控制技术，在滑模面构造中加入重复控制调 节器，其中所调节的周波频率为50Hz，可增强滑模控制器在此任意谐波频率下的控制能力， 以此消除由电网电压中任意次谐波分量对控制精度带来的不利影响。
[0027] 相比于基于谐振控制器的矢量控制方法，本发明采用滑模控制方法，大大地提高 了 GSC控制系统的动态响应速度，更好地满足系统参与电网功率调度的要求;相比传统的滑 模控制方法，本发明在构造滑模面的过程中引入重复控制，能消除由于电网电压任意次谐 波所引其的不利影响，对所有可能出现的谐波电流进行控制，从而达到稳定的输出，较小的 稳态误差，进而达到预期控制效果；总体来说，对比传统的控制方法，本发明既能提高系统 的动态性能，又能保证优越的稳态精度，有效提高该类变流器在实际电网下输出电能质量 的能力。
[0028]本发明方法适用于各种采用高频开关自关断器件构成的各类形式PWM控制的三相 或者单相整流/逆变装置，柔性输电系统的电力电子整流/逆变装置。
【附图说明】
[0029] 图1为传统的指定k次谐波的GSC控制方法的原理流程示意图。
[0030] 图2为本发明GSC控制方法的原理流程示意图。
[0031] 图3为电网含5%不平衡和5%7次谐波畸变下采用本发明控制方法GSC的稳态仿真 波形图。
[0032] 图4为电网含5% 11次和5% 13次谐波畸变下采用本发明控制方法GSC的稳态仿真 波形图。
[0033] 图5为电网含5 %不平衡和5 % 19次谐波畸变下采用本发明控制方法G S C的动态仿 真波形图。
【具体实施方式】
[0034] 为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及【具