一种基于αβ坐标系下的PWM整流器自适应滑模QPIR控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于αβ坐标系下的PWM整流器自适应滑模QPIR控制方法，属于电力电子及其控制技术领域。本发明专利技术的控制策略为：一、以整流侧的直流母线电压为外环，通过自适应滑模控制输出idref；二、将得到的idref作为内环有功电流的给定值，无功给定iqref设定为零，通过两相静止αβ坐标系输出

An adaptive sliding mode QPIR control method for PWM rectifier based on alpha-beta coordinate system

【技术实现步骤摘要】
一种基于αβ坐标系下的PWM整流器自适应滑模QPIR控制方法
本专利技术属于电力电子及其控制
，更具体地说，涉及一种基于αβ坐标系下的PWM整流器自适应滑模QPIR控制方法。
技术介绍
控制算法是PWM整流器的核心，控制算法的优劣直接决定整流器的运行效果。PWM整流器的主要目的是维持直流电压稳定与网侧输入电流正弦化。传统的控制策略主要有电流闭环矢量控制策略(VOC)与直接功率控制策略(DPC)。基于电流闭环的矢量控制策略动态响应较慢，对电网谐波与负载变化等扰动的抗干扰性能较差。DPC控制策略的功率内环有动态响应快和算法简单的优点，但采用滞环比较器使系统有开关频率不固定和滤波器设计困难等缺点。此外，根据三相电压的不平衡以及滤波方式的不同，现有技术又提出了三相电压不平衡时的控制方法和采用LCL、LC滤波器的控制方法等。为了获得更高性能的PWM整流器，学者们先后提出了以下方法：(1)基于Lyapunov稳定性理论控制李雅普诺夫指数描述了系统空间中相邻轨迹的收敛特性。由于三相PWM整流器具有强耦合、多变量的特性，传统分析方法难以满足整流器对于大范围稳定性的需求。HasanKomurcugil以整流器滤波电感和直流侧储能电容为变量建立PWM整流器的李雅普诺夫方程，可以直观的根据李雅普诺夫指数判断系统的稳定性。若李雅普若夫指数大于零则不稳定，反之则系统稳定。李雅普若夫理论能够有效解决VSR大范围稳定的控制问题。该控制方法根据所构建的具体的数学模型，其模型的精度越高，系统的性能将越好，但是由于能量函数的构建方法不唯一，所以怎样构建最为合适的能量函数将是该控制方法的关键点，并且该控制方法的动态性能偏差。(2)滑模变结构控制(SMC)SMC是一种非线性控制，其特点为“结构”的不固定性，根据系统目前的状态不断变化，使其按照预先设定的“滑动模态”轨迹行进。应用滑模变结构控制PWM整流器可有效抑制电网谐波和负载波动的干扰，具有强鲁棒性、动态响应快、控制结构简单的优点。但是由于系统惯性和系统控制能量有限等因素，当状态点穿越切换面时会产生抖振，对系统稳定性造成影响。抖振是与生俱来的，只可以削弱而不可以消除。(3)电网不平衡条件下PWM整流器控制造成电网不平衡的原因主要有：三相负载不平衡、电网的非对称故障(单相接地短路和两相相间短路等故障)、大功率单相负载的运行和输电线路的非全相换位等。电网不平衡条件下，常规方法难以满足PWM整流器性能要求，其负序电压会产生低次谐波(以二次谐波为主)，不仅影响整流器的正常运行，甚至造成设备损坏。通常采用正负序分解或采用谐振调节器的方法，消除整流器的负序电流，进而消除低次电流谐波，提高整流器性能。但因该方法需要对电网电压和电流进行正、负序分量以及谐波分量进行提取，需要大量的滤波器以及计算环节，实现方法复杂，且因控制系统延时导致控制效果难以得到保证。
技术实现思路
1.专利技术要解决的技术问题本专利技术的目的在于克服传统PI控制器对电流内环参考指令跟踪调节速度慢、存在静态误差、同时对电网电压畸变扰动的抑制能力弱、对负载变化等扰动的抗干扰性能差；同时，针对在发生负载突变时，传统的滑模控制器无法跟踪这一变化，从而影响系统的响应特性的问题；提供了一种基于αβ坐标系下的PWM整流器自适应滑模QPIR控制方法。本专利技术采用具有开关特性的自适应滑模控制器，很好的改善了系统的响应特性。2.技术方案为达到上述目的，本专利技术提供的技术方案为：本专利技术的一种基于αβ坐标系下的PWM整流器自适应滑模QPIR控制方法，包括以下步骤：步骤一、以整流侧的直流母线电压为外环，通过自适应滑模控制器，得到有功电流的给定值idref；步骤二、将得到的给定值idref和给定的iqref通过坐标变换模块得到电流指令值步骤三、将得到的电流指令值和电网侧的iα、iβ进行比较，电流误差经QPIR控制器得到和步骤四、最后将得到的通过SVPWM控制VSR运行。更进一步地，步骤一中采用自适应滑模控制器构成电压外环，将参考值与实际值误差作为控制系统的状态变量，即选取状态变量误差ev＝vdcref-vdc，滑模面切换函数选取如下：式中，vdcref为给定参考电压，vdc为直流侧输出电压，β为变结构控制的反馈系数，是与直流侧输出电压vdc一阶响应有关的时间常数；通过实时检测负载电流iL来重构负载电阻RL的值，其公式为：将代入上式得：当三相PWM整流器单位功率因数运行时，iq＝0，eq＝0，diq/dt＝0，则sq＝-ωLid/vdc；在稳态条件下，id为直流量，令Ldid/dt＝0，可得sd＝-(ed-Rid)/vdc；在等功率坐标变换下，Urms为网侧输入相电压有效值，又因给定参考电压vdcref为定值，则dvdcref/dt＝0，将sd、sq代入上式化简可得由此得到外环电压调节方程，其输出结果作为电流内环的给定参考值即：式中，iL为负载电流，C代表直流侧电容，R表示电感与线路上的杂散阻抗。更进一步地，步骤二中将得到的给定值idref和给定的iqref通过同步旋转坐标逆变换即2r/2s变换得到在两相αβ静止坐标系上的值和变换公式如下：其中，θ为变换坐标系中d轴与α轴的夹角。更进一步地，步骤三将得到的电流指令值和电网侧的iα、iβ进行比较，具体为：电流误差经QPIR控制器得到和具体为上式中，谐振频率ω0＝2πf≈314rad/s，KP和KI分别是比例与积分系数，KR是谐振增益系数，ωc为截止频率。更进一步地，步骤四通过得到的判断空间矢量所处的扇区并计算空间矢量的作用时间：其中，T为PWM周期，T1为空间矢量V1的作用时间，T2为空间矢量V2的作用时间；同理，也可以得到其它扇区空间矢量的作用时间；然后再根据所处扇区确定空间矢量切换点Tcm1、Tcm2、Tcm3，最后根据空间矢量切换点导通IGBT产生PWM波形，从而控制VSR运行。3.有益效果采用本专利技术提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：(1)本专利技术的一种基于αβ坐标系下的PWM整流器自适应滑模QPIR控制方法，将QPIR控制器拓展至整流器闭环控制中，实现对交流信号的无误差跟踪调节，同时当电网电压发生畸变时，能有效抑制电流扰动；(2)本专利技术的一种基于αβ坐标系下的PWM整流器自适应滑模QPIR控制方法，通过控制变量法和定义谐波阻抗给出了QPIR控制器参数选择依据，同时引入自适应滑模变结构控制提高系统的动态性能，增强抗负载扰动能力；(3)本专利技术的一种基于αβ坐标系下的PWM整流器自适应滑模QPIR控制方法，克服了传统PI控制器对电流内环参考指令跟踪调节速度慢、存在静态误差、同时对电网电压畸变扰动的抑制能力弱、对负载变化等扰动的抗干扰性能差的问题；同时，针对传统的滑模控制器无法跟踪发生负载突变时的变化，影响系统的响应特性的问题，采用具有开关特性的自适应滑模控制器，很好的改善了系统的响应特性。附图说明图1为本专利技术中三相PWM整流器主电路结构图；图2为本专利技术中PIR控制器的根轨迹图；图3为本专利技术中PIR和准PIR控制器bode图，其中，(a)为理想PIR控制器bode图，(b)为PIR和准PIR控制器频率特性比较图；图4为本专利技术中准PIR控制器原理框图；图5为本专利技术中参数变化对PIR控制器的幅频特性影本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于αβ坐标系下的PWM整流器自适应滑模QPIR控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、以整流侧的直流母线电压为外环，通过自适应滑模控制器，得到有功电流的给定值idref；步骤二、将得到的给定值idref和给定的iqref通过坐标变换模块得到电流指令值

【技术特征摘要】
1.一种基于αβ坐标系下的PWM整流器自适应滑模QPIR控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、以整流侧的直流母线电压为外环，通过自适应滑模控制器，得到有功电流的给定值idref；步骤二、将得到的给定值idref和给定的iqref通过坐标变换模块得到电流指令值步骤三、将得到的电流指令值和电网侧的iα、iβ进行比较，电流误差经QPIR控制器得到和步骤四、最后将得到的通过SVPWM控制VSR运行。2.根据权利要求1所述的一种基于αβ坐标系下的PWM整流器自适应滑模QPIR控制方法，其特征在于：步骤一中采用自适应滑模控制器构成电压外环，将参考值与实际值误差作为控制系统的状态变量，即选取状态变量误差ev＝vdcref-vdc，滑模面切换函数选取如下：式中，vdcref为给定参考电压，vdc为直流侧输出电压，β为变结构控制的反馈系数，是与直流侧输出电压vdc一阶响应有关的时间常数；通过实时检测负载电流iL来重构负载电阻RL的值，其公式为：将代入上式得：当三相PWM整流器单位功率因数运行时，iq＝0，eq＝0，diq/dt＝0，则sq＝-ωLid/vdc；在稳态条件下，id为直流量，令Ldid/dt＝0，可得sd＝-(ed-Rid)/vdc；在等功率坐标变换下，Urms为网侧输入相电压有效值，又因给定参考电压vdcref为定值，则dvdcref/dt＝0，将s...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑诗程，李浩，马建，郎佳红，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34