一种基于重复控制的三相整流谐波的消除方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于重复控制的三相整流谐波的消除方法及系统，步骤：建立第一PI控制器模型以及带补偿器且反馈回路加入衰减环节的重复控制器模型，补偿器为PI控制器模型；获取PWM整流器三相电流，坐标变换到电流i

【技术实现步骤摘要】
一种基于重复控制的三相整流谐波的消除方法及系统
本专利技术涉及一种谐波的消除方法，特别涉及一种基于重复控制的三相整流谐波的消除方法及系统。
技术介绍
随着社会的高速发展，电能在工农业生产和人民日常生活中发挥着越来越重要的作用，然而与之同时与国名生产生活密切相关的电力电子换流装置，如变频器、高频开关电源、逆变电源等各种换流装置在广泛的运用中给电网带来了大量的无功功率与严重的谐波污染。随着电力电子技术的发展，具有网侧电流接近正弦波、功率因素近似为1、直流侧输出电压稳定、抗负载扰动能力强并且能够在四象限运行的PWM整流器应运而生，成功取代不可控二极管整流器和相控的晶闸管整流器，并成为电力电子技术研究的热点。当三相PWM整流器处于逆变状态时，电能回馈到电网上。作为入网电流，应符合我国出台的《电能质量公用电网谐波标准》和国际上的IEEEStd1547-2003标准。因此，高度正弦化的入网电流是一个重要性能指标。理论上，电流环采用传统的PI控制器可实现电流无静差调节，稳态时三相PWM整流器电网侧相电流波形应为与电网相电压同相位的正弦波，然而，受传统控制算法和功率开关管开关特性以及死区效应影响，交流侧电流稳态精度并不高，获得的电流波形正弦度不好、谐波较大。三相PWM整流器为半桥电路，在控制过程当中将会遇到死区问题，这是由于开关管的特性造成的，开关管开通和关断过程有一定的延时，开通时间比关断时间短。为了防止同臂直通，需要对开通和关断信号加入死区时间。由于死区时系统开关管都为关断状态，且时间固定，会降低控制效果，增加电流谐波含量并且谐波的频率为基波的整数倍。为获得更理想的电流，需要对传统的PI控制进行改进。为减小谐波，通常使用的方法是采用特定谐波消除法，然而无法消除基波频率整数倍的所有频率。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于重复控制的三相整流谐波的消除方法，通过该方法能够有效的抑制三相电网的波形中基波频率整数倍的有害谐波分量，使得反馈回电网的电流波形接近正弦波；并且具有使用方便、适应性强以及鲁棒性强的优点，使得控制品质对被控对象的变化不太敏感，适合用于环境恶劣的工业现场，降低对模型的依赖程度。本专利技术的第二目的在于提供一种基于重复控制的三相整流谐波的消除系统，通过该系统能够有效的抑制三相电网的波形中基波频率整数倍的有害谐波分量，使得反馈回电网的电流波形接近正弦波；具有使用方便、适应性强以及鲁棒性强的优点，使得控制品质对被控对象的变化不太敏感，适合用于环境恶劣的工业现场，降低对模型的依赖程度。本专利技术的第一目的通过下述技术方案实现：一种基于重复控制的三相整流谐波的消除方法，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ia、ib和ic；S3、将三相电流ia、ib和ic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id、iq；S4、获取三相电流在dq轴上的电流给定值id*和iq*；S5、将电流id和电流给定值id*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iq和电流给定值iq*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Ud；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Uq；S7、将两相控制量Ud和控制量Uq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Uα和控制量Uβ；S8、将控制量Uα和控制量Uβ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。优选的，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。优选的，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。更进一步的，所述重复控制器模型的离散传递函数G(z)为：其中CPI(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；zk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，kr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；kp为补偿器中PI控制环节的比例系数，ki为补偿器中PI控制环节的积分系数。优选的，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。优选的，所述步骤S3中将三相电流ia、ib和ic坐标变换得到d-q坐标系下的两相电流id、iq的具体过程如下：首先将三相电流ia、ib和ic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iα、iβ：然后将两相电流iα、iβ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id、iq：优选的，所述步骤S7中脉冲调制的方式为SVPWM(空间矢量脉冲调制)。本专利技术的第二目的通过下述技术方案实现：一种基于重复控制的三相整流谐波的消除系统，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ia、ib和ic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id、iq；所述第一减法器模块，用于将电流id和电流给定值id*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、第一幅值补偿环节本文档来自技高网...

【技术保护点】
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

【技术特征摘要】
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ia、ib和ic；S3、将三相电流ia、ib和ic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id、iq；S4、获取三相电流在dq轴上的电流给定值id*和iq*；S5、将电流id和电流给定值id*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iq和电流给定值iq*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Ud；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Uq；S7、将两相控制量Ud和控制量Uq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Uα和控制量Uβ；S8、将控制量Uα和控制量Uβ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：其中CPI(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；zk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，kr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；kp为补偿器中PI控制环节的比例系数，ki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ia、ib和ic坐标变换得到d-q坐标系下的两相电流id、iq的具体过程如下：首先将三相电流ia、ib和ic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iα、iβ：然后将两相电流iα、iβ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id、iq：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ia、ib和ic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id、iq；所述第一减法器模块，用于将电流id和电流给定值id*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...

【专利技术属性】
技术研发人员：王孝洪，高孝君，黄氏秋江，郑仁峰，苏威霖，刘守松，田联房，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44