一种基于谐波序列提取的矢量重复控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于谐波序列提取的矢量重复控制方法及系统，方法包括对负载电流进行谐波序列提取得到各个谐波序列信号；将各个谐波序列信号分别进行矢量重复控制；将每个矢量重复控制得到的输出进行叠加，经过脉宽调制得到六个PWM信号，将PWM信号输入到三相桥臂的IGBT开关管门极控制IBGT开关管的通断，使变换器输出期望的电流。本发明专利技术将传统重复控制系统依照谐波序列分离成多个相对独立的控制环路从而显著加快系统的动态响应速度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于谐波序列提取的矢量重复控制方法及系统
本专利技术属于电力电子领域，更具体地，涉及一种基于谐波序列提取的矢量重复控制方法及系统。
技术介绍
作为电力电子变换器的一种成熟的控制方法，重复控制可以对周期性信号进行无静差的跟踪或者抑制，但是它的一个最主要缺陷是动态响应过慢。为了解决这个问题，有许多控制方法已经被研究和提出。现有技术中的一种方法是采用比例积分多重准谐振型重复控制(ProportionalInertialMultiresonant-typeRepetitiveController，PIMR-RC)，通过在传统重复控制的基础上并联一个比例增益的方法，达到改造原始控制对象的目的，从而加快了控制系统的动态响应和整体稳定性。但是该方法并没有对重复控制器的内部做任何改动，所以在整体控制系统的动态响应主要取决于重复控制器的背景下，该方法依然难以达到令人满意的动态效果。现有技术中的另一种方法是采用通用并联结构的n内模重复控制(ParallelStructureRepetitiveController，PSRC)，其中每一个内模用来跟踪或者消除(nk+i)(i＝0,1,…,n-1)序列中的所有谐波。该方法根据具体应用场合中谐波的分布，通过调整每一个内模的控制增益ki来达到加快控制系统动态响应的效果。但是如果均衡地考虑每一个谐波序列，即所有ki相等时，PSRC的动态响应和传统重复控制基本一致。另外，在需要处理电力系统的谐波问题时，谐波提取也起到了十分重要的作用。迄今为止，有许多谐波提取方法被研究和提出，其中主流的方法包括：二阶广义积分法、级联延时信号消除法、基于瞬时无功理论法、滑窗离散傅里叶变换法、广义离散傅立叶变换法等。然而，这些方法都有各自的局限性：二阶广义积分法需要在稳态和动态响应之间权衡；级联延时信号消除法增加了系统复杂度和计算负担；基于瞬时无功理论的谐波提取缺乏选择性；滑窗离散傅里叶变换法和广义离散傅立叶变换法都需要对每次谐波建立不同的算子，从而增加了系统复杂度。
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基于谐波序列提取的矢量重复控制方法及系统，旨在解决现有技术中重复控制动态响应过慢的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于谐波序列提取的矢量重复控制方法，该控制方法主要包括：对负载电流进行谐波序列提取得到各个谐波序列信号；将各个谐波序列信号分别进行矢量重复控制；将每个矢量重复控制得到的输出进行叠加，经过脉宽调制得到六个PWM信号，PWM信号控制IBGT开关管的通断，使变换器输出期望的电流来补偿负载电流中的谐波分量，从而使原本畸变的电网电流趋于正弦化。优选地，对负载电流进行谐波序列提取具体包括：按照谐波序列对负载电流中的谐波分量进行提取，基于三角函数延迟信号消除原理，利用子集谐波序列提取算子一并提取出期望的多个谐波序列中的所有谐波分量。其中，子集谐波序列提取算子的s域传递函数用公式表示为：其中，T为基波周期，ω0＝2π/T为基波角频率；m、p、mi、pi都是可以人为选择的整数，但必须确保(mik+pi)次谐波序列是(mk+p)次谐波序列的一个子集序列(k为任意整数)。该子集谐波序列提取算子可以从(mk+p)次谐波序列中仅提取出(mik+pi)次谐波序列而完全滤除其他谐波。优选地，将各个谐波序列信号分别进行矢量重复控制包括矢量重复信号发生、相角旋转、改进延时和相位超前补偿；接收谐波序列信号的提取值与变换器实际输出值的差值，完成误差信号的累加；对累加的误差信号进行相位校正；对校正后的累加误差信号进行延时；最后进行数字超前补偿。按照本专利技术的另一方面，提供了一种基于谐波序列提取的矢量重复控制系统，包括依次连接的谐波序列提取模块和矢量重复控制环路，矢量重复控制环路包括矢量重复信号发生器GVRSG(z)、相角旋转模块ej2πp/m、改进延时模块z-N/m和相位超前补偿器C(z)；谐波序列提取模块用于对负载电流进行谐波序列提取得到各个谐波序列信号；矢量重复信号发生器GVRSG(z)用于接收谐波序列信号的提取值与变换器实际输出值的差值，完成误差信号的累加；相角旋转模块ej2πp/m用于对累加的误差信号进行相位校正，m＝T/Ta，Ta为误差累加周期，p为整数；改进延时模块z-N/m用于对校正后的累加误差信号进行延时，N＝T/Ts，T为基波周期，Ts为采样周期；相位超前补偿器C(z)用来实现数字超前补偿，使变换器输出期望的电流，并保证整个控制系统的稳定性。矢量重复控制环路中矢量重复信号发生器的z域传递函数用公式表示为：其中，T为基波周期，Ta为误差累加周期，p为一个整数，N＝T/Ts，Ts为采样周期。为了对h＝(T/Ta)k+p次谐波分量产生累加作用，Ta与p的值可以任意调节。与传统重复控制信号发生器(即当Ta＝T，p＝0时)相比，矢量重复信号发生器的误差累积周期缩短且添加了配套的相角旋转模块因此它的误差累积速度更快，是传统重复控制信号发生器的T/Ta倍。通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：1、本专利技术将传统重复控制系统依照谐波序列分离成多个相对独立的控制环路从而显著加快系统的动态响应速度；2、本专利技术改造了传统重复控制器的内模、缩短了误差累积周期，从而不需要其他任何瞬时反馈控制的复合就可以提高系统的动态响应；3、本专利技术所提矢量重复控制方法与传统重复控制方法一样有很高的稳态增益，从而不损失稳态精度。而且本专利技术所提矢量重复控制方法与传统重复控制方法相比也不增加数字控制的存储单元数量；4、本专利技术谐波序列提取能够用很少的计算模块和成本提取出多个谐波序列的所有谐波分量，体现出了很高的提取效率。附图说明图1是本专利技术提供的矢量重复控制环路的结构示意图；图2是本专利技术实施例中三相并联型有源电力滤波器系统的示意图；图3是本专利技术中谐波序列提取的原理图；图4是本专利技术实施例中采用本专利技术所提的基于谐波序列提取的矢量重复控制系统原理图；图5(a)是采用谐波序列提取方法时，负载由半载突增至满载情况下的谐波提取的动态仿真结果；图5(b)是采用谐波序列提取方法时，负载由满载突减至半载情况下的谐波提取的动态仿真结果；图6(a)是采用传统重复控制方法时，负载由半载突增至满载情况下的谐波跟踪动态仿真结果；图6(b)是采用传统重复控制方法时，负载由满载突减至半载情况下的谐波跟踪动态仿真结果；图7(a)是采用本专利技术所提的基于谐波序列提取的矢量重复控制方法时，负载由半载突增至满载情况下的谐波跟踪动态仿真结果；图7(b)是采用本专利技术所提的基于谐波序列提取的矢量重复控制方法时，负载由满载突减至半载情况下的谐波跟踪动态仿真结果。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本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于谐波序列提取的矢量重复控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n对负载电流进行谐波序列提取得到各个谐波序列信号；/n将所述各个谐波序列信号分别进行矢量重复控制；/n将每个矢量重复控制所得到的输出进行叠加，经过脉宽调制得到PWM信号，所述PWM信号控制IBGT开关管的通断，使变换器输出期望的电流。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于谐波序列提取的矢量重复控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
对负载电流进行谐波序列提取得到各个谐波序列信号；
将所述各个谐波序列信号分别进行矢量重复控制；
将每个矢量重复控制所得到的输出进行叠加，经过脉宽调制得到PWM信号，所述PWM信号控制IBGT开关管的通断，使变换器输出期望的电流。


2.根据权利要求1所述的基于谐波序列提取的矢量重复控制方法，其特征在于，对负载电流进行谐波序列提取，具体包括：
按照谐波序列对负载电流中的谐波分量进行提取，基于三角函数延迟信号消除原理，利用子集谐波序列提取算子一并提取出期望的多个谐波序列中的所有谐波分量，其中，子集谐波序列提取算子的s域传递函数用公式表示为：



其中，T为基波周期，ω0＝2π/T为基波角频率；m、p、mi、pi均为整数，且(mik+pi)次谐波序列是(mk+p)次谐波序列的一个子集序列，k为任意整数。


3.根据权利要求1所述的基于谐波序列提取的矢量重复控制方法，其特征在于，所述将所述各个谐波序列信号分别进行矢量重复控制包括矢量重复信号发生、相角旋转、改进延时和相位超前补偿；接收谐波序列信号的提取值与变换器实际输出值的差值，完成误差信号的累加；对累加的误差信号进行相位校正；对校正后的累加误差信号进行延时；最后进行数字超前补偿。


4.一种基于谐波序列提取的矢量重复控制系统，其特征在于，包括依次连接的谐波序列提取模块和矢量重复控制环路；
所述谐波序列提取模块用于对负载电流进行谐波序列提取得到各个谐波序列信号；
所述矢量重复控制环路用于将所述各个谐波序列信号分别进行矢量重复控制；将每个矢量重复控制得到的输出进行叠加，经过脉宽调制得到六个PWM信号，所述PWM信号控制IBGT开关管的通断...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭力，胡科，陈慢林，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42