一种负载电流预测前馈控制方法技术

一种负载电流预测前馈控制方法涉及电力电子技术领域，具体涉及一种负载电流预测前馈控制方法。一种负载电流预测前馈控制方法，包括以下步骤：根据负载情况，确定利用预测负载电流进行变增益前馈补偿时的增益初值a0；确定负载电流预测值iop的前馈增益系数Cj；设计负载电流预测环节Grp；确定施加负载电流前馈的起始时刻以及施加预测电流补偿的初始时刻；设计前馈补偿器Gff；得到阶段性的控制信号uc；得到预测信号iop；判断前馈补偿方法；得到最终的补偿信号uff；将信号输入电流控制器K后的结果用于调制；判断控制性能是否满足要求。本发明专利技术可以显著改善补偿的动态相应性能，达到优化补偿效果的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种负载电流预测前馈控制方法
本专利技术涉及电力电子
，具体涉及一种负载电流预测前馈控制方法。
技术介绍
正弦波逆变器被广泛地应用于工业领域和人们的日常生活。针对单相或三相逆变器，如何保证在非线性负载条件下获得高质量的输出电压波形是近年来被广泛研究和关注的一个问题。有大量文献研究基于重复控制技术和比例谐振控制的电压波形校正的控制方法。其它的控制策略，如采用电容电流反馈方法和基于状态观测器和极点配置的控制方法以及负载电流前馈控制也有不少的文献进行了详细的报导。通过对相关文献的研究结果进行分析和总结可以知道，逆变器在非线性整流器负载条件下，或者在其负载快速变化情况下获得高质量输出电压波形的关键主要取决于控制系统在两个方面的设计因素。其一是在频域中获得尽可能低的输出阻抗幅频特性，特别是在谐波频率点的输出阻抗值。根据Thevenin等效电路理论，这样可以使负载侧谐波电流在内阻上的谐波压降减小，从而抑制逆变器输出端电压的畸变；另一方面，提高控制系统对负载电流快速脉动变化的动态响应能力。特别是观察畸变的逆变器输出电压波形，其对应在脉冲电流向上或向下阶跃的时刻，电压输出波形开始出现明显的跌落。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种负载电流预测前馈控制方法。一种负载电流预测前馈控制方法，包括以下步骤：(1)根据负载情况，确定利用预测负载电流进行变增益前馈补偿时的增益初值a0；(2)确定负载电流预测值iop的前馈增益系数Cj；(3)设计负载电流预测环节Grp；(4)确定施加负载电流前馈的起始时刻以及施加预测电流补偿的初始时刻；(5)设计前馈补偿器Gff；(6)执行电压控制系统程序，得到阶段性的控制信号uc；(7)将采样得到的实际输出电流io送入重复预测器Grp中，得到预测信号iop；(8)判断采用输出信号ioff＝Cjiop或者输出信号ioff＝io进行前馈补偿；(9)将输出信号ioff送入补偿器Gff环节进行运算，得到最终的补偿信号uff；(10)将信号输入电流控制器K，将经K运算后的结果用于调制；(11)判断控制性能是否满足要求，没有满足要求，重复步骤(1)至步骤(10)。增益初值a0为：其中，ioave为负载电流绝对值的平均值，Io1为ioave的第一稳态值，Io2为ioave的第二稳态值，a01为a0的第一边界值，a02为a0的第二边界值。前馈增益系数Cj为：其中，j为补偿序号，n为上升阶段总的补偿点数，a0为对应初始补偿时刻的Cj值，an为Cj的终值。电压控制系统程序由同步旋转坐标系下的比例和积分调节器和重复控制器构成。本专利技术的有益效果在于：1、提出一种实现输出阻抗最小化的负载电流前馈补偿器，将利用重复预测器估计的负载电流预测值通过前馈补偿器用于单相逆变器输出电压波形的校正，可以显著改善补偿的动态相应性能。2、提出一种利用预测负载电流和实际负载电流实现变增益及切换的前馈补偿方式，并给出变增益参数的设计方法。通过合理的整定增益参数值，在逆变器输出电压畸变的初始阶段，利用预测负载电流通过高增益加强补偿作用的权重，之后增益逐渐递减到1，再利用实际负载电流进行前馈补偿，达到优化补偿效果的目的。附图说明图1负载电流预测前馈控制方法流程图；图2重复预测器Grp的结构框图；图3定位负载电流突变点的示意图；图4可变增益系数Cj的定义示意图；图5增益初值a0定义示意图；图6控制系框图；图7不采用双闭环控制条件下的逆变器输出电压波形；图8采用专利所述方法后的逆变器输出电压波形；图9单相逆变器主电路及其控制系统。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步描述。(1)根据负载情况，确定利用预测负载电流进行变增益前馈补偿时的增益初值a0，这是CP单元的第1项功能。如附图5所示，a0可按以下线性插值规律来变化：式中Io1和Io2为ioave(为处理方便起见，ioave取为负载电流绝对值的平均值)的两个稳态值。ioave＝|io|Glp(3)Glp为一个低通滤波器。对应于逆变器主要的轻载和重载运行范围，a01和a02为a0的两个边界值，与Io1和Io2相对应。这些参数可通过仿真来初始设置，并可根据实际测试情况进行更细致的调整。(2)为负载电流预测值iop的前馈增益系数，这是CP单元的第2项功能。负载电流io在短暂的上升过程中快速变化，在此期间将预测电流值iop乘上一个可变系数Cj后作为CP的输出信号ioff。而Cj从补偿初始时刻到终止时刻(例如对应附图3，从tk-1到tce时刻)，可线性的减小至预先设定值。此后，CP单元采用实际负载电流值io作为ioff信号传送给Gff环节。一种Cj线性变化的规律如式(4)所示：这个方程可用附图4来进一步说明。其中j为补偿序号，n为io上升阶段总的补偿点数，序号为n的补偿点对应于附图3中的tce，接近于io的峰值时刻。a0为对应初始补偿时刻的Cj值，an为Cj的终值，可取为1。(3)设计负载电流预测环节Grp。对负载电流进行预测是CP单元的第3项功能。本文引入重复预测器来预估负载电流的波形，如附图2所示。附图2中的重复预测器以虚线框所示的重复补偿器为核心，它强制估计值u跟踪实际输出电流采样值u(k)，其偏差e(k)作为重复补偿器的输入信号。而实际采用的估计值超前于的采样周期数为m。q(z-1)可选为低通滤波器或者近1常数，较小幅值的q(z-1)可使估计值更平滑。ZOH为一个零阶保持器。根据附图2可得从u(k)到u的离散传递函数为：为了保证预测器的稳定性，式(4)离散极点需要位于z平面的单位圆内(4)确定施加负载电流前馈的起始时刻以及施加预测电流补偿的初始时刻。假设已经通过重复预测器获得输出电流的估计值，则另一个关键问题是如何定位(确定)补偿的起始时刻。这是CP单元的第4项功能。附图3给出一种简单的处理方法。附图3中，在负载电流io上升的tk时刻以前，其值保持为零。而在tk以后的短暂时间内，io以非常大的斜率加速上升，近似阶跃。因此在每半个正弦波周期内(因为使用io的绝对值进行判断，在每个正弦波周期有两次向上的阶跃)，使用式(6)来搜寻io开始阶跃时所对应的采样时刻k。式(6)中采用了间隔两个采样周期的io采样值做差，用以扩大电流偏差值，从而可获得更准确的定位结果。在k时刻之前，的值非常小，而的值在k时刻之后将显著增，因此门限值A需要足够大的数值以保持对干扰或噪声信号的鲁棒性。在k值确定后，负载电流前馈补偿的初始时刻可以超前于tk一个或者两个采样周期(即在tk-1或者tk-2时刻开始补偿，取决于实际情况)(5)设计前馈补偿器Gff。单相逆变器控制系统结构框图，如附图2所示，进而得到其输出阻抗如下式所示令Zo最小化为零，则可得到式(8)中分母所含项(sTp+1)是为了使式(8)成为一个有理分式，同时引入该项表达式有利于提高系统对高频噪声的免疫能力。Tp数值可根据实际系统调试的情况来确定。(6)应用时，首先正常执行附图1的采用SRFPI和重复控制器构成的电压控制系统程序，得到阶段性的控制信号uc。(7)将采样得到的实际输出电流io送入重复预测器Grp中，得到期望的超前m拍的预测信号iop(8)将iop连同采样得到的实际输出电流io送入CP单元。CP单元判断是否达到利用预测电流进行补偿的点数。若没有达本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负载电流预测前馈控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)根据负载情况，确定利用预测负载电流进行变增益前馈补偿时的增益初值a0；(2)确定负载电流预测值iop的前馈增益系数Cj；(3)设计负载电流预测环节Grp；(4)确定施加负载电流前馈的起始时刻以及施加预测电流补偿的初始时刻；(5)设计前馈补偿器Gff；(6)执行电压控制系统程序，得到阶段性的控制信号uc；(7)将采样得到的实际输出电流io送入重复预测器Grp中，得到预测信号iop；(8)判断采用输出信号ioff＝Cjiop或者输出信号ioff＝io进行前馈补偿；(9)将输出信号ioff送入补偿器Gff环节进行运算，得到最终的补偿信号uff；(10)将信号输入电流控制器K，将经K运算后的结果用于调制；(11)判断控制性能是否满足要求，没有满足要求，重复步骤(1)至步骤(10)。

【技术特征摘要】
1.一种负载电流预测前馈控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)根据负载情况，确定利用预测负载电流进行变增益前馈补偿时的增益初值a0；(2)确定负载电流预测值iop的前馈增益系数Cj；(3)设计负载电流预测环节Grp；(4)确定施加负载电流前馈的起始时刻以及施加预测电流补偿的初始时刻；(5)设计前馈补偿器Gff；(6)执行电压控制系统程序，得到阶段性的控制信号uc；(7)将采样得到的实际输出电流io送入重复预测器Grp中，得到预测信号iop；(8)判断采用输出信号ioff＝Cjiop或者输出信号ioff＝io进行前馈补偿；(9)将输出信号ioff送入补偿器Gff环节进行运算，得到最终的补偿信号uff；(10)将信号输入电流控制器K，将经K运算后的结果用于调制；(11)判断控制性...

【专利技术属性】
技术研发人员：游江，巩冰，廖梦岩，李晓旭，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23