一种多变量反馈控制的三相LCL型联网变换器及方法技术

本发明专利技术公开了一种多变量反馈控制的三相LCL型联网变换器及方法，包括第一加法器、第二加法器、第三加法器、第四加法器、第一控制器、第二控制器、第一补偿器和第二补偿器；第一控制器的输入端连接至第一加法器的输出端，第三加法器的第一输入端连接至第一控制器的输出端，第二输入端连接至第一补偿器的输出端，第一补偿器的输入端连接状态量；第三加法器输出为d轴调制信号；第二控制器的输入端连接至第二加法器的输出端，第四加法器的第一输入端连接至第二控制器的输出端，第二输入端连接至第二补偿器的输出端，第二补偿器的输入端连接状态量；第四加法器输出为q轴调制信号。本发明专利技术具有稳定性好、稳态精度高、动态响应波动小且速度快的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于三相LCL型联网变换器领域，更具体地，涉及一种多变量反馈控制的三相LCL型联网变换器及方法。
技术介绍
计及公共电网一般为三线制，因而三相联网变换器相比单相联网变换器在实际中应用得更为广泛，比如整流器、并网逆变器、有源电力滤波器、静止同步补偿器和统一电能质量调节器等与电网相联设备。为了对有功分量和无功分量分别进行控制，三相联网变换器较多地选择在旋转坐标系下实施控制，而且旋转坐标系下传统PI控制器所具备的直流指令无静差跟踪能力可用于三相联网变换器的基波控制。但坐标变换在旋转坐标轴之间引入的耦合项将导致系统无法对有功分量和无功分量实现真正的独立控制，而且会降低变换器的输出性能。特别地，三相LCL型联网变换器的数学模型在旋转坐标轴之间存在三对耦合项，复杂程度远远超过三相L型联网变换器的情况，解耦控制难度很大。针对三相LCL型联网变换器在旋转坐标系下解耦控制的问题，现有文献大多采用简化解耦或现代控制等方法处理。简化解耦方法的优点是解耦反馈函数一般仅为比例项，易于实现，但由于其仅为对耦合的简化处理，解耦效果有限，系统输出仍会受到耦合扰动的影响。而反馈线性化等现代控制方法虽然解耦效果显著，但一般需要采样多个状态变量。尽管可以通过状态观测器代替对实际电量的采样以降低硬件成本，但另一方面，现代控制理论及设计过程往往非常复杂，而且控制系统存在三个以上的分立闭环结构，状态观测器的使用进一步增加了控制算法的复杂度，降低算法的可靠性，因此在实际生产应用中容易受到限制。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种多变量反馈控制的三相LCL型联网变换器，旨在解决现有技术中由于LCL型滤波器联网变换器存在自身阻尼弱，以及由于在dq轴旋转坐标系实施控制时引入的耦合问题。本专利技术提供了一种多变量反馈控制的三相LCL型联网变换器，包括：第一加法器、第二加法器、第三加法器、第四加法器、第一控制器、第二控制器、第一补偿器和第二补偿器；第一加法器的第一输入端用于连接网侧电流d轴给定量，所述第一加法器的第二输入端用于连接LCL型变换器的网侧电流d轴输出量；所述第一控制器的输入端连接至所述第一加法器的输出端，所述第三加法器的第一输入端连接至所述第一控制器的输出端，所述第三加法器的第二输入端连接至所述第一补偿器的输出端，所述第一补偿器的输入端用于连接LCL型滤波器的d、q轴状态量；所述第三加法器的输出端用于输出d轴调制信号；第二加法器的第一输入端用于连接网侧电流q轴给定量，所述第二加法器的第二输入端用于连接LCL型变换器的网侧电流q轴输出量；所述第二控制器的输入端连接至所述第二加法器的输出端，所述第四加法器的第一输入端连接至所述第二控制器的输出端，所述第四加法器的第二输入端连接至所述第二补偿器的输出端，所述第二补偿器的输入端用于连接LCL型滤波器的d、q轴状态量；所述第四加法器的输出端用于输出q轴调制信号。更进一步地，所述第一控制器和所述第二控制器均为PI控制器。更进一步地，所述PI控制器其中，Kp表示比例系数，Ki为积分系数，s是复变量。更进一步地，所述第一补偿器Gcom1包括：反馈函数-GM1、反馈函数GM2、常数-KC1和常数KC2，其中GM1＝d0+sd1，GM2＝e0+se1，d0和d1表示GM1的系数，e0和e1表示GM2的系数，s是复变量。更进一步地，所述第二补偿器Gcom2包括：反馈函数GM2、反馈函数GM1、常数KC2和常数KC1，其中GM1＝d0+sd1，GM2＝e0+se1，d0和d1表示GM1的系数，e0和e1表示GM2的系数，s是复变量。本专利技术还提供了一种基于上述的三相LCL型联网变换器的多变量反馈控制方法，包括下述步骤：将网侧电流d、q轴输出量和电容电流d、q轴分量送入第一补偿器，网侧电流d轴给定量i2,d*与网侧电流d轴输出量i2,d比较后的误差量送入到第一控制器的输入端，通过调节第一补偿器的反馈函数，第一控制器的输出量与第一补偿器的输出量相加后获得d轴调制波信号；同时，将网侧电流d、q轴输出量和电容电流d、q轴分量送入第二补偿器，网侧电流q轴给定量i2,q*与网侧电流q轴输出量i2,q比较后的误差量送入到第二控制器的输入端，通过调节第二补偿器的反馈函数，第二控制器的输出量与第二补偿器的输出量相减后获得q轴调制波信号。由于在dq旋转坐标系下，PI控制器能无静差跟踪直流量，所以大多数选择PI控制器。在此基础上，可从整个系统闭环零极点配置角度出发，直接得到所需控制器和补偿器参数的设计方法。即提出应用于三相LCL联网变换器的多变量反馈控制结构的控制参数设计方法。更进一步地，三相LCL型联网变换器由网侧电流d、q轴给定量到网侧电流d、q轴输出量的闭环传递函数和特征方程如下：其中，将dq轴的物理量用复数形式来表示，d轴代表实部，q轴代表虚部；期望配置系统闭环主导极点为非主导极点p3＝-mξωn及p4＝-nζωn，闭环零点为z1＝-hξωn；KC1＝L1ξωn(2+m+n)/Ginv；KC2＝-3ω0L1/Ginv；e1＝-2ω0L1L2Cξωn(2+m+n)/Ginv。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：(1)所提出的多变量反馈控制结构可显著改善三相LCL型联网变换器的阻尼特性，并同时实现dq轴完全解耦以及系统零极点的灵活配置。(2)按照多变量反馈控制结构及参数设计方法设计的三相LCL型联网变换器能大幅度增加相角裕度，使系统具有非常高的稳定性；在保证足够大的稳定裕量情况下也能扩大控制带宽，使得动态响应速度快、振荡幅度小；利用多变量反馈控制结构中控制器和补偿器的协同调节作用，因而入网电流质量高。(3)多变量反馈控制结构及参数设计方法能保证系统参数在较大范围变化时仍具有很强的鲁棒性，因此显著提高了三相LCL型联网变换器的抗扰动能力，在运行工况突变时输出电流仍能获得较好的响应波形。(4)所提出的多变量反馈控制参数设计方法能同时获得控制器、补偿器多个参数设计结果，故控制方法方便简洁，并能保证系统具有优越的动静态性能。附图说明图1为三相LCL型联网变换器的多变量反馈控制结构框图；图2为三相LCL型联网变换器的主电路图；图3为三相LCL型联网变换器的多变量反馈控制方框图。图4为多变量反馈控制中第一补偿器和第二补偿器的方框图具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术针对三相LCL型联网变换器利用复矢量分析方法，提出了一种基于电容电流和并网输出电流反馈的多变量反馈控制结构。在此基础上，提出了多变量反馈控制结构的参数设计方法。该多变量反馈控制策略可以同时实现有源阻尼、旋转坐标轴间的完全解耦以及由于零极点的灵活配置而显著改善动态性能。为了更进一步的说明本专利技术实施例提供的多变量反馈控制的三相LCL型联网变换器，现结合附图及实施例详述如下：图1示出了三相LCL型联网变换器的多变量反馈控制结构框图，包括第一控制器，第二控制器，第一补偿器，第二补偿器，放大器(联网变换器等效增益)及LCL型滤波器(控制对象)。三相LCL型联网变换器的控制在旋转坐标系下实施，首先从控制对象中检本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多变量反馈控制的三相LCL型联网变换器，其特征在于，包括：第一加法器、第二加法器、第三加法器、第四加法器、第一控制器、第二控制器、第一补偿器和第二补偿器；所述第一加法器的第一输入端用于连接网侧电流d轴给定量，所述第一加法器的第二输入端用于连接LCL型变换器的网侧电流d轴输出量；所述第一控制器的输入端连接至所述第一加法器的输出端，所述第三加法器的第一输入端连接至所述第一控制器的输出端，所述第三加法器的第二输入端连接至所述第一补偿器的输出端，所述第一补偿器的输入端用于连接三相LCL型联网变换器的d、q轴状态量；所述第三加法器的输出端用于输出d轴调制信号；所述第二加法器的第一输入端用于连接网侧电流q轴给定量，所述第二加法器的第二输入端用于连接LCL型变换器的网侧电流q轴输出量；所述第二控制器的输入端连接至所述第二加法器的输出端，所述第四加法器的第一输入端连接至所述第二控制器的输出端，所述第四加法器的第二输入端连接至所述第二补偿器的输出端，所述第二补偿器的输入端用于连接三相LCL型联网变换器的d、q轴状态量；所述第四加法器的输出端用于输出q轴调制信号。

【技术特征摘要】
1.一种多变量反馈控制的三相LCL型联网变换器，其特征在于，包括：第一加法器、第二加法器、第三加法器、第四加法器、第一控制器、第二控制器、第一补偿器和第二补偿器；所述第一加法器的第一输入端用于连接网侧电流d轴给定量，所述第一加法器的第二输入端用于连接LCL型变换器的网侧电流d轴输出量；所述第一控制器的输入端连接至所述第一加法器的输出端，所述第三加法器的第一输入端连接至所述第一控制器的输出端，所述第三加法器的第二输入端连接至所述第一补偿器的输出端，所述第一补偿器的输入端用于连接三相LCL型联网变换器的d、q轴状态量；所述第三加法器的输出端用于输出d轴调制信号；所述第二加法器的第一输入端用于连接网侧电流q轴给定量，所述第二加法器的第二输入端用于连接LCL型变换器的网侧电流q轴输出量；所述第二控制器的输入端连接至所述第二加法器的输出端，所述第四加法器的第一输入端连接至所述第二控制器的输出端，所述第四加法器的第二输入端连接至所述第二补偿器的输出端，所述第二补偿器的输入端用于连接三相LCL型联网变换器的d、q轴状态量；所述第四加法器的输出端用于输出q轴调制信号。2.如权利要求1所述的三相LCL型联网变换器，其特征在于，所述第一控制器和所述第二控制器均为PI控制器。3.如权利要求2所述的三相LCL型联网变换器，其特征在于，所述PI控制器其中，Kp表示比例系数，Ki为积分系数，s是复变量。4.如权利要求1-3任一项所述的三相LCL型联网变换器，其特征在于，所述第一补偿器Gcom1包括：反馈函数-GM1、反馈函数GM2、常数-KC1和常数KC2，其中GM1＝d0+sd1，GM2＝e0+se1，d0和d1表示GM1的系数，e0和e1表示GM2的系数，s是复变量。5.如权利要求1-3任一项所述的三相LCL...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭力，康勇，林新春，漆宇，吴伟标，黄泽毅，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42