结合即时采样的预测无差拍重复控制优化方法技术

一种结合即时采样的预测无差拍重复控制优化方法，属于电力控制与应用技术领域。本发明专利技术的目的是针对无差拍控制的控制延时问题，以预测无差拍控制补偿为基础，结合即时采样方法对其控制算法进行优化的结合即时采样的预测无差拍重复控制优化方法。本发明专利技术将PWM等效为ZOH，相当于0.5拍延迟，采用预测无差拍控制进行补偿，为了有效降低1.5拍控制延时，通过即时采样将采样点设置在波峰采样，将采样点超前0.5拍；将预测无差拍和重复控制结合。本发明专利技术有效提高了系统的稳定裕度与控制精度，然后结合重复控制算法实现高控制精度，对电流内环进行综合优化，使电流内环同时兼顾响应速度、控制精度与稳定裕度。

Predictive deadbeat repetitive control optimization method combined with real-time sampling

A predictive deadbeat repetitive control optimization method combining real-time sampling belongs to the field of power control and application technology. The purpose of the invention is to optimize the control algorithm of the deadbeat control based on the predictive deadbeat control compensation and the predictive deadbeat repetitive control optimization method combined with the real-time sampling, aiming at the control delay problem of the deadbeat control. In the invention, PWM is equivalent to ZOH, equivalent to 0.5 beat delay, and the predictive deadbeat control is used for compensation. In order to effectively reduce the 1.5 beat control delay, the sampling point is set at the wave peak sampling through instant sampling, and the sampling point is 0.5 beat ahead; the predictive deadbeat and repetitive control are combined. The invention effectively improves the stability margin and control precision of the system, and then realizes high control precision by combining the repetitive control algorithm, and comprehensively optimizes the current inner ring, so that the current inner ring takes into account the response speed, control precision and stability margin at the same time.

【技术实现步骤摘要】
结合即时采样的预测无差拍重复控制优化方法
本专利技术属于电力控制与应用

技术介绍
低压配电网主要为居民和农网供电，负荷多种多样且波动大，存在着较为严重的谐波污染、三相不平衡和无功负荷大等电能质量问题。谐波电流在配电网中会产生局部谐振、使变压器等设备产生较大的附加损耗，影响甚至威胁设备运行等；三相不平衡可能会导致某相电压过高或过低，从而严重影响设备正常工作，而且使中性线和发电机等设备产生附加损耗；无功会导致线路负载能力下降，增加额外的线路损耗等。因此，低压配电网需要合适的补偿治理方案对其进行处理。目前，PWM变流器可以同时补偿谐波、不平衡和无功，并且响应速度快，无极调节，是公认的治理低压配电网电能质量问题的有效手段。PWM变流器的核心环节为电流内环控制算法，电流内环算法传统控制方式有模型预测控制、滞环控制、PI控制、比例谐振控制、重复控制和无差怕控制等。模型预测控制通过模型预测寻找最优点控制具有响应速度快，控制精度较高等特点，但理论对其稳定性与控制精度分析尚有难度；滞环控制是一种变结构控制方式，是实时控制，具有响应速度快、算法简单，但其输出频率变化不利于滤波器设计且理论分析较难；PI控制算法成熟稳定，但响应速度较慢；比例谐振控制通过让某个频率具有高增益而达到高精度控制，然而谐波补偿需对每个频率设置比例谐振控制器，算法较为复杂。重复控制可以实现多频率的高增益来实现高精度控制但其响应速度慢；而无差拍控制具有响应快、无超调和算法简单、利于分析等特点被广泛的研究与应用，但由于控制延时问题，存在控制精度与稳定裕度问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对无差拍控制的控制延时问题，以预测无差拍控制补偿为基础，结合即时采样方法对其控制算法进行优化的结合即时采样的预测无差拍重复控制优化方法。本专利技术步骤是：(1)将PWM等效为ZOH，相当于0.5拍延迟，采用预测无差拍控制进行补偿；其第k个控制周期时预测无差拍控制模型为：其中，L为实际电感值，iref(k+2)为k时刻指令电流，i(k)为流入逆变器k时刻采样电流，uinv(k)为第k时刻计算出的逆变器输出电压，us(k)为uinv(k)输出时对应的实际电网电压；建立其闭环传递函数其中，为系统设定电感值，GLCL(z)为：其中，TS为控制周期；ZOH等效为0.5拍延迟，ZOH近似等效为：(2)为了有效降低1.5拍控制延时，通过即时采样将采样点设置在波峰采样，将采样点超前0.5拍，该采样点开关纹波电压平均值为0，将总控制延迟缩短至1拍，经过LCL高频滤波，此时采样前馈电压延迟缩短至0.5拍；考虑采样电压等于实际电压us(k)，将ZOH和延迟半拍环节近似为延迟一拍环节，建立优化前和优化后的闭环传递函数：(3)将预测无差拍和重复控制结合，建立整个系统的误差传递函数：通过小增益定理，来保证重复控制系统的稳定||Q(z)[1-krcB(z)G(z)]||＜1(7)其中，krc为重复控制比例系数，Q(z)为内模传函，Q(z)采用零相移低通滤波器，其z域传函为：Q(z)＝0.2z+0.6+0.2z-1(8)B(z)为补偿传函本专利技术有效提高了系统的稳定裕度与控制精度，然后结合重复控制算法实现高控制精度，对电流内环进行综合优化，使电流内环同时兼顾响应速度、控制精度与稳定裕度。使系统兼顾控制精度、响应速度与稳定裕度，有效补偿了无差拍控制延时问题。附图说明图1是针对预测无差拍控制的即时采样优化执行过程图；图2是优化的即时采样结合无差拍的结构框图；图3是检测现场传感器布置示意图；图4是针对预测无差拍控制的即时采样优化执行过程图；图5是优化的即时采样结合无差拍的结构框图；图6是优化的即时采样结合无差拍重复控制的结构框图；图7是当krc＝0.15时以kL为变量的公式(7)的幅频特性曲线；图8是公式(6)的幅频特性曲线；图9是三相负载电流波形；图10是采用无差拍控制补偿后的网侧电流波形；图11是采用即时采样优化的无差拍控制补偿后的网侧电流波形；图12是采用即时采样优化的无差拍重复控制补偿后的网侧电流波形；图13是设置kL＝1.8时，未优化的预测无差拍重复控制电流波形图；图14是设置kL＝1.8时，优化的预测无差拍重复控制电流波形图；图15是设置kL＝0.6时，未优化的预测无差拍重复控制电流波形图；图16是设置kL＝0.6时，优化的预测无差拍重复控制电流波形图。具体实施方式本专利技术步骤：(1)对于实际无差拍控制系统采样完成后需要一个控制周期进行计算，故会产生1拍的延迟，为准确描述PWM调制特点，将PWM等效为ZOH，相当于0.5拍延迟，该1.5拍延迟导致直接采用无差拍控制的不稳定，首先采用预测无差拍控制进行补偿。其第k个控制周期时预测无差拍控制数学模型为：其中，L为实际电感值，iref(k+2)为k时刻指令电流。i(k)为流入逆变器k时刻采样电流，uinv(k)为第k时刻计算出的逆变器输出电压，us(k)为uinv(k)输出时对应的实际电网电压。由于实际电网电压需要在计算完成输出uinv(k)之后，故考虑提前采样前馈电压近似实际电压us(k)，建立其闭环传递函数如公式(2)其中，为系统设定电感值，应尽量与实际电感值相等获取高控制精度，GLCL(z)为：其中，TS为控制周期。ZOH等效为0.5拍延迟，ZOH近似等效为：(2)即时采样是将采样时刻移向调制信号装载时刻的一种采样方法，为了有效降低1.5拍控制延时，本文采用该方法对预测无差拍控制进行进一步优化。通过即时采样将采样点设置在波峰采样，将采样点超前0.5拍，该采样点开关纹波电压平均值为0，有效避免了与开关噪声的混叠问题，并将总控制延迟缩短至1拍。对于前馈电压采样，由于开关纹波经过LCL高频滤波，开关纹波电压分量已有很大衰减，故可直接在PWM装载时刻前进行采样，此时采样前馈电压延迟缩短至0.5拍。考虑采样电压等于实际电压us(k)，将ZOH和延迟半拍环节近似为延迟一拍环节，可建立优化前和优化后的闭环传递函数如公式(5)所示：(3)重复控制能够很好地消除稳态周期误差，提高系统控制精度，将预测无差拍和重复控制结合，建立整个系统的误差传递函数如公式(6)所示：通过小增益定理，来保证重复控制系统的稳定||Q(z)[1-krcB(z)G(z)]||＜1(7)其中，krc为重复控制比例系数，Q(z)为内模传函，Q(z)采用零相移低通滤波器，其z域传函为：Q(z)＝0.2z+0.6+0.2z-1(8)B(z)为补偿传函。为了保证系统稳定，其B(z)为：本专利技术的一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种结合即时采样的预测无差拍重复控制优化方法，其特征在于：其步骤是：/n(1)将PWM等效为ZOH，相当于0.5拍延迟，采用预测无差拍控制进行补偿；其第k个控制周期时预测无差拍控制模型为：/n

【技术特征摘要】
1.一种结合即时采样的预测无差拍重复控制优化方法，其特征在于：其步骤是：
(1)将PWM等效为ZOH，相当于0.5拍延迟，采用预测无差拍控制进行补偿；其第k个控制周期时预测无差拍控制模型为：



其中，L为实际电感值，iref(k+2)为k时刻指令电流，i(k)为流入逆变器k时刻采样电流，uinv(k)为第k时刻计算出的逆变器输出电压，us(k)为uinv(k)输出时对应的实际电网电压；建立其闭环传递函数



其中，为系统设定电感值，GLCL(z)为：



其中，TS为控制周期；ZOH等效为0.5拍延迟，ZOH近似等效为：



(2)为了有效降低1.5拍控制延时，通过即时采样...

【专利技术属性】
技术研发人员：任国东，李旭，都瑞雪，赵东争，许超，王振浩，成龙，
申请(专利权)人：国网黑龙江嫩江县电业局有限公司，东北电力大学，国网黑龙江省电力有限公司黑河供电公司，
类型：发明
国别省市：黑龙;23