一种适用于电网电压出现扰动情况下的Vienna整流器控制方法技术

本发明专利技术涉及一种适用于电网电压出现扰动情况下的Vienna整流器控制方法，针对三相四线制Vienna整流器，公开了一种基于重复控制的改进型电流跟踪方法，主要解决了传统控制在应对电能质量问题和电流跟踪效果两方面的不足。该发明专利技术主要涉及以下几个方面：⑴针对电网背景谐波以及周期性塌陷，取锁相环输出信号作为电流跟踪信号，屏蔽电压谐波信息；⑵引入重复控制与传统PI控制并联，合理设计重复控制器参数，改进电流跟踪效果。与现有技术相比，本发明专利技术有效改善网侧电流质量，维持直流侧电压稳定。

Vienna rectifier control method suitable for grid voltage disturbance

The present invention relates to a power grid voltage disturbance control for Vienna rectifier under the condition of the three-phase four wire Vienna rectifier, discloses an improved current tracking method based on repetitive control, mainly to solve the traditional control to less than two quality problems and current tracking effect in response to electricity. The invention mainly involves the following aspects: the background harmonics and periodic collapse, the PLL output signal as current tracking signal, voltage harmonic shielding information; the introduction of repetitive control and traditional PI control in parallel, reasonable design of repetitive controller parameters, to improve the current tracking performance. Compared with the prior art, the invention can effectively improve the current quality of the network side and maintain the stability of the DC side voltage.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种Vienna整流器控制方法，特别涉及一种适用于电网电压出现谐波或塌陷情况下有效改善网侧电流波形质量的控制方法，属于电网并网控制领域。
技术介绍
电网中普遍存在电压三相不平衡，电压塌陷，电压谐波等电能质量问题，此类问题直接影响着用电负荷的可靠运行。目前直流电网和混合直流电网快速发展，若交流电网中存在谐波，则会部分注入直流微网中，其中的谐波电流会引起直流侧电压的波动，进而影响直流电网的供电可靠性，同时直流电网也会反作用于交流电网，产生更大的危害。因此整流器对于电能质量问题的应对显得尤为重要。传统控制方法仅仅基于理想电压条件，直接采用电压采样信号作为参考，容易受电网波动的影响，稳定性和可靠性不高。尤其是针对电网背景谐波以及电力电子器件运行引起的电压塌陷问题，传统控制方法在处理电能质量问题和提高电流跟踪精度两方面应对不足。
技术实现思路
本专利技术适用于电网电压出现扰动情况下的Vienna整流器控制方法公开了新的方案，采用锁相环提取电压采样信号的基波分量作为电流跟踪参考信号，解决了现有控制方案电流跟踪精度不足的问题。本专利技术适用于电网电压出现扰动情况下的Vienna整流器控制方法，控制系统包括输入电压US采样模块、输入电感电流iL采样模块、输出滤波电容电压UC采样模块、PI控制器、PWM模块，输入电压US采样模块通过abs整流桥采样输入电压US信号与输出滤波电容电压UC采样模块通过PIC控制器处理后的采样电压环输出相乘得到电流环参考信号iref，电流环参考信号iref与输入电感电流iL采样模块采样得到的电流信号相减得到电流误差信号ierr，电流误差信号ierr通过PI控制器处理后减小至稳定工作点，信号通过PWM模块处理后驱动开关器件S动作，采用锁相环提取输入电压Us信号基频分量的相位信号作为电流信号的参考信号，屏蔽采样电压中的谐波分量，使得电流跟踪正弦无畸变。进一步，本方案采用重复控制模块与PI控制器并联形成复合控制电流环，在一个工频周期后，通过重复控制内模对误差进行累加，改善电流环跟踪效果，复合控制电流环包括周期延时环节z-N、辅助补偿器Q(z)、受控对象补偿器S(z)、超前环节zk、比例积分控制环节PI，将锁相环信号与电压环输出相乘得到电流环的参考信号iref，iref与电流采样信号相减得到电流误差信号ierr，负载产生突变或扰动，实际电流偏离参考值，PI控制器调整电流偏差，一个周期后重复控制检测到跟踪误差ierr，重复控制内模对电流误差进行逐周期累加直至ierr趋近0，通过PI控制器的快速响应与重复控制模块的精准跟踪改善电流波形质量。本专利技术适用于电网电压出现扰动情况下的Vienna整流器控制方法采用锁相环提取电压采样信号的基波分量作为电流跟踪参考信号，屏蔽采样电压中的谐波分量，使得电流跟踪正弦无畸变，具有电流跟踪精度高的特点。附图说明图1为三相四线制Vienna整流器拓扑结构示意图。图2为电压塌陷FFT分析图。图3为三相四线制Vienna整流器的单相传统控制示意图。图4为本方案的基于重复控制的改进型电流跟踪控制示意图。图5为本方案的复合控制电流环原理示意图。图6为复合控制中函数特性曲线图。图7、8为谐波情况下传统控制电流波形图。图9、10为谐波情况下复合控制电流波形图。图11为传统控制下直流侧电压波形图。图12为复合控制下直流侧电压波形图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术作进一步说明。本专利技术适用于电网电压出现扰动情况下的Vienna整流器控制方法公开了一种基于重复控制的改进型电流跟踪方法，首先对电网电压谐波与周期性塌陷的本质进行了分析，然后提出了在电网电压扰动的情况下提高电流跟踪精度，改善网侧电流波形质量的控制过程。具体包括以下内容。⑴电网电压谐波与周期性塌陷。通过对电压塌陷的波形进行傅里叶分析，可以得到其中的高频谐波分量，因此可认为其与谐波问题对Vienna整流器造成的影响相同，故归为同一问题进行解决。如图1所示，三相四线制Vienna整流器拓扑结构示意图。其中，交流侧的电感L起到传递能量，抑制高次谐波，平衡桥臂终端电压和电网电压的作用，输出滤波电容C1、C2为高次谐波电流提供低阻抗通路，减少直流电压纹波，平衡中点电位的作用，三相中的每相都由一个全控开关器件S、四个二极管组成双向开关。当电网中接入由晶闸管桥构成的整流性负载时，电网电压会在晶闸管开断瞬间出现周期性凹陷，由此可以模拟出电压塌陷波形。如图2所示，对塌陷波形进行FFT分析，可以看出其除了基波分量外，还含有较多的高次谐波分量,其中以5,11,17次谐波为主。因此电压塌陷问题也可以看作是理想基频电压中，混入了高次谐波。⑵电流跟踪。利用锁相环，提取电压采样信号的基波分量作为电流跟踪参考信号。这样可以屏蔽采样电压中的谐波分量，使得电流跟踪正弦无畸变。如图3所示，三相四线制Vienna整流器的单相传统控制示意图。控制系统包括输入电压US采样模块、输入电感电流iL采样模块、输出滤波电容电压UC采样模块、PI控制器、PWM模块，输入电压US采样模块通过abs整流桥采样输入电压US信号与输出滤波电容电压UC采样模块通过PIC控制器处理后的采样电压环输出相乘得到电流环参考信号iref，电流环参考信号iref与输入电感电流iL采样模块采样得到的电流信号相减得到电流误差信号ierr，电流误差信号ierr通过PI控制器处理后减小至稳定工作点，信号通过PWM模块处理后驱动开关器件S动作。如图2所示，采用锁相环提取电压信号Us基频分量的相位信号，作为电流信号的参考信号，当Us含有高次谐波时，其基频信号为理想正弦信号。理想情况下，电网电流可以有效跟踪该信号，实现正弦无畸变。⑶复合控制。传统PI控制跟踪精度有限，引入重复控制与PI控制并联，改善电流环跟踪效果，提高电流波形质量。如图2、3所示，锁相环信号与电压环输出相乘，得到电流环的参考信号，其与电流采样信号相减，得到电流误差信号。该误差信号通过PI控制迅速减小，到稳定工作点附近。一个工频周期后，通过重复控制内模对误差进行累加，实现更好的控制效果。具体是，采用重复控制模块与PI控制器并联形成复合控制电流环，在一个工频周期后，通过重复控制内模对误差进行累加，改善电流环跟踪效果，复合控制电流环包括周期延时环节z-N、辅助补偿器Q(z)、受控对象补偿器S(z)、超前环节zk、比例积分控制环节PI，将锁相环信号与电压环输出相乘得到电流环的参考信号iref，iref与电流采样信号相减得到电流误差信号ierr，负载产生突变或扰动，实际电流偏离参考值，PI控制器调整电流偏差，一个周期后重复控制检测到跟踪误差ierr，重复控制内模对电流误差进行逐周期累加直至ierr趋近0，通过PI控制器的快速响应与重复控制模块的精准跟踪改善电流波形质量。建立Vienna整流器的数学模型，根据伏秒特性，可得一个控制周期内，电感电流动态方程： di L d t = 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于电网电压出现扰动情况下的Vienna整流器控制方法，控制系统包括输入电压US采样模块、输入电感电流iL采样模块、输出滤波电容电压UC采样模块、PI控制器、PWM模块，输入电压US采样模块通过abs整流桥采样输入电压US信号与输出滤波电容电压UC采样模块通过PIC控制器处理后的采样电压环输出相乘得到电流环参考信号iref，电流环参考信号iref与输入电感电流iL采样模块采样得到的电流信号相减得到电流误差信号ierr，电流误差信号ierr通过PI控制器处理后减小至稳定工作点，信号通过PWM模块处理后驱动开关器件S动作，其特征是采用锁相环提取输入电压Us信号基频分量的相位信号作为电流信号的参考信号，屏蔽采样电压中的谐波分量，使得电流跟踪正弦无畸变。

【技术特征摘要】
1.一种适用于电网电压出现扰动情况下的Vienna整流器控制方法，控制系统包括输入电压US采样模块、输入电感电流iL采样模块、输出滤波电容电压UC采样模块、PI控制器、PWM模块，输入电压US采样模块通过abs整流桥采样输入电压US信号与输出滤波电容电压UC采样模块通过PIC控制器处理后的采样电压环输出相乘得到电流环参考信号iref，电流环参考信号iref与输入电感电流iL采样模块采样得到的电流信号相减得到电流误差信号ierr，电流误差信号ierr通过PI控制器处理后减小至稳定工作点，信号通过PWM模块处理后驱动开关器件S动作，其特征是采用锁相环提取输入电压Us信号基频分量的相位信号作为电流信号的参考信号，屏蔽采样电压中的谐波分量，使得电流跟踪正弦无畸变。2....

【专利技术属性】
技术研发人员：姚钢，周荔丹，王春阳，冯文俊，胡海敏，杨振睿，张弛，钟筱怡，朱淑敏，
申请(专利权)人：国网上海市电力公司，上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31