基于无差拍控制的三相电压型PWM变换器抗扰动新方法技术

本发明专利技术公开了一种基于无差拍控制的三相电压型PWM变换器抗扰动新方法，对dq坐标系下的电流公式进行离散得到dq轴电流预测模型，为了使dq轴电流跟随给定值，实现无差拍控制，需要下一时刻dq轴电流的实际值等于同一时刻的给定值。将预测到的d轴电压与扰动补偿器得到的补偿电压相加后的结果，和预测到的q轴电压，通过SVPWM的作用得到控制功率器件的开关信号。在三相电压型PWM变换器受干扰时，运用本发明专利技术所提方法，达到系统稳定运行的目的。

A New Anti-disturbance Method for Three-phase Voltage-source PWM Converter Based on Deadbeat Control

【技术实现步骤摘要】
基于无差拍控制的三相电压型PWM变换器抗扰动新方法
本专利技术属于电力电子功率变换装置控制
，具体涉及一种基于无差拍控制的三相电压型PWM变换器抗扰动新方法。
技术介绍
随着电力电子技术的发展，各种采用脉冲宽度调制(pulsewidthmodulation，PWM)技术的电能转换器被普遍应用到工业和生活中。其中，三相电压型PWM变换器凭借其单位功率因数运行、网侧电流正弦化、直流母线电压可调等优点得到了普遍应用。在三相电压型PWM变换器的应用中，电流环控制性能的优劣势是影响电能质量的主要因素之一。传统的双闭环控制方法把电流环设计为PI调节器，虽然PI控制优化了PWM变换器输出电压的频谱分布和谐波分量并实现了直流分量的无静差跟踪，但其在抑制电网背景谐波以及抑制外部扰动方面的能力却不太理想。因此急需提出一种解决上述问题的控制方法，即基于无差拍控制的三相电压型PWM变换器抗扰动新方法。该方法不仅能够令三相电压型PWM变换器系统在外界扰动下稳定运行，且具有动态响应速度快的优点。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提供了一种基于无差拍控制的三相电压型PWM变换器抗扰动新方法。该方法主要解决了系统受干扰时，稳定性变差的问题。存在干扰时，将两相同步旋转坐标系下的dq轴电流公式进行离散得到dq轴电流预测模型，在模型中为了使dq轴电流跟随给定值，实现无差拍控制，需要下一时刻dq轴电流的实际值等于同一时刻的给定值，在扰动补偿器给予系统补偿后，达到系统稳定运行的目的。本专利技术为解决上述技术问题采用如下技术方案：一种基于无差拍控制的三相电压型PWM变换器抗扰动新方法，其特征在于具体步骤为：(1)、检测三相电压型PWM变换器系统三相电网电压、三相输入电流和直流母线电压，将三相电网电压信号经过软件锁相环得到电网电压位置角；(2)、将检测到的三相电网电压和三相输入电流经过3/2变换模块得到两相静止坐标系下的电网电压和输入电流；(3)、将步骤(2)中得到的两相静止坐标系下的输入电流经过帕克变换得到同步旋转坐标系下的d轴电流和q轴电流；(4)、三相电压型PWM变换器在两相旋转坐标系下的交流侧dq轴电压分别为ud＝Rid+ed+Ldid/dt-ωLiq，uq＝Riq+eq+Ldiq/dt+ωLid，式中，R和L分别为三相交流电抗器的等效电阻和等效电感，id和iq分别为两相旋转坐标系下的d轴电流和q轴电流，ed和eq为电网电动势的dq轴分量；(5)、假定采样周期为Ts，将三相电压型PWM变换器在两相旋转坐标系下的dq轴电压离散可得id(k+1)-id(k)＝Ts[ωiq+(ud-ed-Rid)/L]，iq(k+1)-iq(k)＝Ts[-ωid+(uq-eq-Riq)/L]，无差拍控制的目的是使dq轴电流在k+1时刻达到给定值，即式中id(k+1)、iq(k+1)分别为k+1时刻dq轴电流给定值(6)、由步骤(5)中三相电压型PWM变换器在两相旋转坐标系下的dq轴电压离散公式变形可得从公式中得到ud(k)、uq(k)；(7)、id(k)和ud(k)通过扰动补偿器作用后得到补偿电压(8)、将步骤(7)中得到补偿电压和步骤(6)中得到的ud(k)相加后得到u’d(k)；(9)、将步骤(6)中得到的uq(k)和步骤(8)中得到的u’d(k)通过空间矢量脉宽调制得到控制功率器件的开关信号。优选的，步骤(7)中所述扰动补偿器的设计过程具体包括：分别计算出无干扰时和受干扰时的一阶线性系统的方程为其中uq为实际输入，u为等效输入，y为输出，d为施加的干扰，a1、b1为标称参数，a2、b2为实际参数，且a1＞0，a2＞0，b1＞0，b2＞0，扰动补偿器的目的就是为了使受干扰系统经过扰动补偿器作用后系统的最终输出和无干扰时系统的输出结果一致，即-a2y+b2(u-d)＝-a1y+b1ui，将代入上式可得为补偿项，将受干扰的一阶线性系统方程的参数化为标称参数，此时有式中de为集总扰动，令式中k为变量，且k趋于无穷小，将四式联立可得设计扰动补偿器为l为扰动补偿器增益。优选的，所设计的扰动补偿器的参数整定过程具体包括：将联立可得令于是有给定扰动补偿器为式中k1、k2、k3为扰动补偿器参数，此时系统的电流内环开环传递函数表示为因为kii＝kip/τi、τi＝L/R，代入上式可得为了进一步简化并使后半部分形成负反馈，令k1＝-k2R、k2＝l、k3＝-k2L，此时有由扰动补偿器提供的电压补偿为式中τ为积分变量。由以上本专利技术的技术方案可知，本专利技术的有益效果在于：选取三相电压型PWM变换器作为研究对象，考虑了外界干扰的不确定性，通过运用dq轴电流预测模型，实现无差拍控制，兵在扰动补偿器给予系统补偿后，达到系统稳定运行的目的，设计扰动补偿器对外界干扰进行估计并对系统给予补偿，最后通过运行结果验证了其有效性。附图说明图1是本专利技术三相电压型PWM变换器主电路拓扑结构图；图2是理想情况下的一阶线性系统；图3是有干扰时，应用补偿的一阶线性系统；图4是基于无差拍控制的三相电压型PWM变换器抗扰动新方法的实现流程图；图5正弦扰动下运用传统方法系统的直流母线电压、三相电流以及d轴电流波形图；图6是正弦干扰下运用本专利技术所示方法系统的直流母线电压、三相电流以及d轴电流波形图。具体实施方法结合附图详细描述本专利技术的具体内容。三相电压型PWM变换器主电路拓扑结构见图1，本专利技术所采用的技术方案是：基于无差拍控制的三相电压型PWM变换器抗扰动新方法，具体步骤为：(1)、建立三相电压型PWM变换器数学模型在同步旋转dq坐标系中，建立三相电压型PWM变换器的数学模型：式中，Udc和C分别为直流侧母线电压和直流滤波电容。将式(1)离散化可得式中，Ts为采样周期。无差拍控制的目的是使dq轴电流在k+1时刻达到给定值，即式中id(k+1)、iq(k+1)分别为k+1时刻dq轴电流给定值因此，式(2)可化为(2)、扰动补偿器的设计图2、图3所示系统分别表示为式中，ui为实际输入，u为等效输入，y为输出，d为施加的干扰，a1、b1为标称参数，a2、b2为实际参数，且a1＞0，a2＞0，b1＞0，b2＞0。将式(5)中的参数化为标称参数，此时有受干扰时系统的集总扰动de可以表示为由图3易得式中，为补偿项。扰动补偿器的目的就是为了使受干扰系统经过扰动补偿器作用后系统的最终输出和无干扰时系统的输出结果一致，即让式(5)和式(4)等效，此时有-a2y+b2(u-d)＝-a1y+b1ui(9)将(8)代入(9)有令式中，k为变量，且k趋于无穷小。将(5)、(8)、(11)联立可得将(6)、(12)联立可得所以为了抑制扰动，设计扰动补偿器为式中，l为扰动补偿器增益，且当l足够大时，受干扰系统经过扰动补偿器作用后系统的最终输出结果和无干扰时系统的输出结果一致。上述过程表明，存在干扰时，通过运用上述扰动补偿器，系统具有理想情况(无干扰)的性能。(3)、整定扰动补偿器参数，并对系统进行补偿式(14)可化为为了进一步简化，令于是有由(16)和(17)，给定扰动补偿器的参数为式中，k1、k2、k3为扰动补偿器参数。系统的电流内环开环传递函数可以表示为因为kii＝kip/τi、τi＝L/R，所以电流内环开环传递函数可化为为了进一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于无差拍控制的三相电压型PWM变换器抗扰动新方法，其特征在于具体步骤为：(1)、检测三相电压型PWM变换器系统三相电网电压、三相输入电流和直流母线电压，将三相电网电压信号经过软件锁相环得到电网电压位置角；(2)、将检测到的三相电网电压和三相输入电流经过3/2变换模块得到两相静止坐标系下的电网电压和输入电流；(3)、将步骤(2)中得到的两相静止坐标系下的输入电流经过帕克变换得到同步旋转坐标系下的d轴电流和q轴电流；(4)、三相电压型PWM变换器在两相旋转坐标系下的交流侧dq轴电压分别为ud＝Rid+ed+Ldid/dt‑ωLiq，uq＝Riq+eq+Ldiq/dt+ωLid，式中，R和L分别为三相交流电抗器的等效电阻和等效电感，id和iq分别为两相旋转坐标系下的d轴电流和q轴电流，ed和eq为电网电动势的dq轴分量；(5)、假定采样周期为Ts，将三相电压型PWM变换器在两相旋转坐标系下的dq轴电压离散可得id(k+1)‑id(k)＝Ts[ωiq+(ud‑ed‑Rid)/L]，iq(k+1)‑iq(k)＝Ts[‑ωid+(uq‑eq‑Riq)/L]，无差拍控制的目的是使dq轴电流在k+1时刻达到给定值，即式中id(k+1)、iq(k+1)分别为k+1时刻dq轴电流给定值...

【技术特征摘要】
1.一种基于无差拍控制的三相电压型PWM变换器抗扰动新方法，其特征在于具体步骤为：(1)、检测三相电压型PWM变换器系统三相电网电压、三相输入电流和直流母线电压，将三相电网电压信号经过软件锁相环得到电网电压位置角；(2)、将检测到的三相电网电压和三相输入电流经过3/2变换模块得到两相静止坐标系下的电网电压和输入电流；(3)、将步骤(2)中得到的两相静止坐标系下的输入电流经过帕克变换得到同步旋转坐标系下的d轴电流和q轴电流；(4)、三相电压型PWM变换器在两相旋转坐标系下的交流侧dq轴电压分别为ud＝Rid+ed+Ldid/dt-ωLiq，uq＝Riq+eq+Ldiq/dt+ωLid，式中，R和L分别为三相交流电抗器的等效电阻和等效电感，id和iq分别为两相旋转坐标系下的d轴电流和q轴电流，ed和eq为电网电动势的dq轴分量；(5)、假定采样周期为Ts，将三相电压型PWM变换器在两相旋转坐标系下的dq轴电压离散可得id(k+1)-id(k)＝Ts[ωiq+(ud-ed-Rid)/L]，iq(k+1)-iq(k)＝Ts[-ωid+(uq-eq-Riq)/L]，无差拍控制的目的是使dq轴电流在k+1时刻达到给定值，即式中id(k+1)、iq(k+1)分别为k+1时刻dq轴电流给定值(6)、由步骤(5)中三相电压型PWM变换器在两相旋转坐标系下的dq轴电压离散公式变形可得从公式中得到ud(k)、uq(k)；(7)、id(k)和ud(k)通过扰动补偿器作用后得到补偿电压(8)、将步骤(7)中得到补偿电压和步骤(6)中得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：施艳艳，杨岚，张毅，
申请(专利权)人：河南师范大学，
类型：发明
国别省市：河南,41