一种并网变流器电流比例重复控制的暂态响应改善方法技术

本发明专利技术公开了并网变流器领域内的一种并网变流器电流比例重复控制的暂态响应改善方法，包括以下步骤：1）确定误差阀值，根据单一比例控制时系统稳态误差的大小确定误差阈值；2）选择输出控制量，根据误差绝对值的大小来选择是否更新重复控制器的输出控制量；当误差绝对值小于误差阈值时引入重复控制，根据当前误差执行重复控制算法，更新重复控制器的输出控制量；反之则屏蔽输入到重复控制器的误差信号，并且不更新重复控制器的输出控制量，本发明专利技术大幅减小了并网变流器采用比例重复控制时由于两者响应速度不同而引起的暂态过程中输出电流出现的周期性跳变，可用于变流器控制中。

【技术实现步骤摘要】
一种并网变流器电流比例重复控制的暂态响应改善方法
本专利技术涉及一种并网变流器，特别涉及一种并网变流器电流控制方法。
技术介绍
目前在并网变流器电流控制中应用较多的主要有比例积分（PI）控制器、比例谐振（PR）控制器和重复（RC）控制器。PI控制器算法最为简单，但是其无法在自然坐标系下对交流量进行无静差跟踪，因此多应用于同步旋转坐标系下的控制，此时需进行多次三角函数运算，增大了控制系统的复杂性。PR控制器可在自然坐标系下仅能实现对谐振频率下交流量的无静差跟踪，对于诸如有源滤波器类的变流器，由于其指令电流中通常包含多个频率成分的信号，因此需采用多个PR控制器并联，这会减小系统的稳定裕度。此外，即使指令电流中仅含有单一成分的频率信号，为了提高系统对电网电压背景谐波的抑制能力，改善并网电流质量，通常也需采用多个PR控制器并联的结构，使得控制器参数的设计十分复杂。基于内模原理的重复控制器在自然坐标系下对工频整数倍频率的信号均具有较强的跟踪能力（使得系统的稳态误差较小），同时对工频整数倍频率的电网电压背景谐波具有较强的抑制能力（使得系统的抗扰性能较好），为此，近年来RC控制器在并网变流器电流控制中的应用越来越广泛。由于RC控制本质上属于延时控制，因此为了保证系统的响应速度，通常与比例（P）控制器并联使用，P控制器与RC控制器响应速度的不同使得两者之间存在耦合，导致在暂态过程中并网电流易于出现周期性的跳变，不仅会影响到暂态过程中输出电流的质量，而且可能会给系统带来较大冲击，尤其是指令电流变化幅度较大时这种现象更加明显。现有技术中的一种方案是通过对输入至RC控制器的误差进行限幅来实现，但是需要根据RC控制器在稳态时的输出量来选择限幅值，在仿真中观察RC控制器的稳态输出量较为方便，但是在实验中需借助调试软件或其他手段才能观察到RC控制器的稳态输出量，这使得采用实验法确定限幅值时较为困难。此外，RC控制器在稳态时的输出量随着运行工况的变化而变化，这给限幅值的选择带来很大困难。现有技术中的另一种方案是通过引入动态延迟处理模块对指令信号进行动态延迟处理，减小RC控制器接受的误差峰值来实现，但是该方案中动态延迟拍数的选择与系统的电磁时间常数有关，使得动态延迟拍数的设计较为复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种并网变流器电流比例重复控制的暂态响应改善方法，即能显著改善由于比例和重复控制器响应速度不同而导致暂态过程中并网电流出现的周期性跳变，又具有参数设计和算法简单的特点。本专利技术的目的是这样实现的：一种并网变流器电流比例重复控制的暂态响应改善方法，包括以下步骤：1）确定误差阀值，根据单一比例控制时系统稳态误差的大小确定误差阈值；2）选择输出控制量，根据误差绝对值的大小来选择是否更新重复控制器的输出控制量；当误差绝对值小于误差阈值时引入重复控制，根据当前误差执行重复控制算法，更新重复控制器的输出控制量；反之则屏蔽输入到重复控制器的误差信号，并且不更新重复控制器的输出控制量。作为本专利技术的进一步限定，所述误差为控制器设定输入值与实际输出值之间的差值，所述误差阀值=|最大差值|+|最大差值×（5%-10%）|。作为本专利技术的进一步限定，步骤2）中不更新重复控制器的输出控制量为：将重复控制器在上一工频周期该时刻的输出控制量作为当前时刻的输出控制量。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于，1）大幅减小了并网变流器采用比例重复控制时由于两者响应速度不同而引起的暂态过程中输出电流出现的周期性跳变；2）所述方案中误差阈值的大小易采用仿真和实验两种方法获得，参数设计和算法简单，更便于实际应用。附图说明图1是传统比例重复控制器在z域下的原理图。图2是采用传统比例重复控制时输出电流由半载突增至满载时的仿真结果。图3是采用传统比例重复控制时输出电流由满载突减至半载时的仿真结果。图4是采用传统比例重复控制时输出电流由感性切换至容性时的仿真结果。图5是采用单一比例控制时，变流器输出电流幅值给定为50A时的仿真结果。图6是本专利技术所提供的改进重复控制算法原理的示意图。图7是采用本专利技术所提供的改进重复控制后输出电流由半载突增至满载时的仿真结果。图8是采用本专利技术所提供的改进重复控制后输出电流由满载突减至半载时的仿真结果。图9是采用本专利技术所提供的改进重复控制后输出电流由感性切换至容性时的仿真结果。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步说明。参照图1，传统比例重复控制由比例控制器和重复控制器并联而成，且其结构在控制过程中保持不变；由于重复控制本质上属于延时控制，其响应滞后于误差信号，而比例控制对误差的响应是即时的，两者响应速度的不同导致系统暂态过程较差；为充分说明本专利技术的具体方案和实施效果，以1台66kvar静止无功发生器为实施例，参照图2-4，采用传统比例重复控制时变流器输出电流在突增、突减以及感容性切换时均出现明显的周期性跳变，该周期性跳变不仅会影响到暂态过程中输出电流的质量，而且会给系统带来冲击，系统的暂态响应较差。本专利技术所提供的一种并网变流器电流比例重复控制的暂态响应改善方法，按照以下步骤具体实施：步骤1）参照图1，将虚线框内部的重复控制器移除，即控制器采用单一的比例控制；步骤2）参照图5，控制器采用单一比例控制时，在某一给定的电流幅值Iref下记录输出电流的幅值Iout（该步骤可在仿真或实验中完成），并计算两者之差的绝对值|Iref-Iout|，选择稍大于|Iref-Iout|的数（可按5%~10%的裕量进行选择）作为下述步骤中使用的误差阈值δ；参照图3，示例中|Iref-Iout|=19A，因此按5%的裕量，可取误差阈值δ=(19+19*0.05)A≈20A；步骤3）采用步骤2）中选择的误差阈值δ，参照示意图6，在执行重复控制算法前首先判断误差绝对值的大小，当误差的绝对值E(z)小于阈值δ时，控制器的结构与传统的比例重复控制器相同，即相当于图6中的开关s1和s2闭合，s3断开；反之则屏蔽输入到重复控制器中的误差信号E(z)，并使得重复控制器在当前时刻的输出控制量与其在前N（N为控制系统在一个工频周期内的采样点数）时刻的输出量相同，即RC(z)=RC(z)z-N或者RC(k)=RC(k-N)，此时控制器的结构相当于图6中的开关s3闭合，s1和s2断开。类似于积分环节，重复控制器对周期性的交流信号具有积分作用，虽然该特性能显著减小系统的静差，但若其在暂态过程中与比例控制器同时接受突变的误差信号将会引起输出电流出现周期性跳变；本专利技术借鉴积分分离式PI控制思想，当误差较大（大于步骤2中的误差阈值δ）时对输入到重复控制器的误差信号进行屏蔽，保持重复控制器在当前时刻的输出控制量与其在前N时刻的输出量相同，相当于禁止了重复控制器的调节作用，此时仅由采用单一的比例控制器进行调节；当误差较小（小于步骤2中的误差阈值δ）时使能重复控制器的调节作用，由比例和重复控制器共同进行调节，该方案不仅充分发挥了比例控制器调节速度快和重复控制器稳态性能好的优势，而且大幅减小了重复控制器在暂态过程中带来的不利影响，因此可在不影响系统稳态性能的同时显著改善系统的暂态性能。保持实施例中其他参数不变，参照图7-9，采用本专利技术所述方案时无论在突增、突减负载以及感容性切换的暂态过程中变流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种并网变流器电流比例重复控制的暂态响应改善方法，其特征在于，包括以下步骤：1）确定误差阀值，根据单一比例控制时系统稳态误差的大小确定误差阈值；2）选择输出控制量，根据误差绝对值的大小来选择是否更新重复控制器的输出控制量；当误差绝对值小于误差阈值时引入重复控制，根据当前误差执行重复控制算法，更新重复控制器的输出控制量；反之则屏蔽输入到重复控制器的误差信号，并且不更新重复控制器的输出控制量。

【技术特征摘要】
1.一种并网变流器电流比例重复控制的暂态响应改善方法，其特征在于，包括以下步骤：1）确定误差阀值，根据单一比例控制时系统稳态误差的大小确定误差阈值；2）选择输出控制量，根据误差绝对值的大小来选择是否更新重复控制器的输出控制量；当误差绝对值小于误差阈值时引入重复控制，根据当前误差执行重复控制算法，更新重复控制器的输出控制量；反之则屏蔽输入到重复控制器的误差信号，并且不更新重复控制器的输出控制量。...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨树德，张继勇，蒋伟，史旺旺，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32