一种基于基波正序dq坐标系的谐振控制器死区补偿方法技术

本发明专利技术公开了一种基于基波正序dq坐标系的谐振控制器死区补偿方法。该方法为：首先分析在三相三线变流器控制中，死区给输出电压所带来的谐波的特点；然后根据谐波在基波正序dq坐标系中的对应次数，确定补偿策略；以抑制异常峰值为目的，确定谐振控制器的延时补偿相位；根据基波控制器的比例系数、低频模型中控制对象的总电感和线路等效电阻确定谐振控制器的谐振系数；最后根据并网电流总畸变率标准，确定最低补偿次数。本发明专利技术相对于αβ坐标系而言实现了补偿器减半，简化了控制系统结构，提高了系统运行效率，并且保证了原系统参数设计的有效性。数设计的有效性。数设计的有效性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于基波正序dq坐标系的谐振控制器死区补偿方法


[0001]本专利技术涉及新能源并网领域，特别是一种基于基波正序dq坐标系的谐振控制器死区补偿方法。

技术介绍

[0002]对于桥式并网变流器而言，为防止上下桥臂直通，通常在上下桥臂的驱动信号中引入死区，死区期间的输出电压将由并网电流方向决定，对于三相三线电路，死区将引入6k+1的正序谐波及6k-1的负序谐波(k＝1,2,3
…
)。输出电压畸变必然导致并网电流畸变，尤其当开关频率较高时死区影响将加重，此外当直流母线电压提高时，死区的影响也会变大。
[0003]因此对于高性能变流器而言，死区补偿是不可或缺的，目前主要有两种补偿方式：开环补偿以及闭环补偿。开环补偿的方法通常是先检测桥臂电流的方向，然后依据死区时间修正驱动脉冲，通过这种方式来降低死区的影响，这种方法并不适用于所有电路拓扑，多应用于多电平拓扑中。这种根据电流方向修改驱动脉冲时间的方法存在电流过零点补偿精度不足的问题，尤其当并网电流中含有大量高频纹波时，通常会在某一频率附近出现多次电流过零点，这将加剧开环补偿方法带来的负面影响，使得补偿效果减低。
[0004]闭环补偿的方法是在电流环引入谐振控制器即谐波补偿器来补偿死区谐波，从而消除死区对电流带来的畸变。闭环补偿最大的优点就是不存在过零点补偿不足的问题，同时闭环补偿的方式不受电路拓扑的限制。
[0005]现有闭环补偿技术多是基于αβ坐标系，通过谐振控制器R分别对正序及负序谐波进行死区补偿，这种方法忽略了正负序谐波之间的共性，导致随着补偿次数的提高，补偿器数量增大，这将导致系统控制的复杂度增大，运行效率降低。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种结构简单、系统运行效率高的基于基波正序dq坐标系的谐振控制器死区补偿方法。
[0007]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于基波正序dq坐标系的谐振控制器死区补偿方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1、分析在三相三线变流器控制中，死区给输出电压所带来的谐波特点；
[0009]步骤2、确定谐波在基波正序dq坐标系中的对应次数，确定补偿策略；
[0010]步骤3、以抑制异常峰值为目的，确定谐振控制器的延时补偿相位；
[0011]步骤4、根据基波控制器的比例系数k
p
、低频模型中控制对象的总电感L
T
和线路等效电阻R，确定谐振控制器的谐振系数k
i
；
[0012]步骤5、根据并网电流总畸变率标准，确定最低补偿次数。
[0013]进一步地，步骤1所述的分析在三相三线变流器控制中，死区给输出电压所带来的谐波特点，具体如下：
[0014]步骤1.1、当驱动信号含有死区时，输出电压表达式为：
[0015][0016]其中u
d
(t)为调制输出电压，f
c
为载波频率，ω为基波角速度，V
dc
为直流母线电压，t
d
为死区延迟时间，为初相位，t是时域的时间；
[0017]步骤1.2、确定死区给输出电压所带来的谐波特点：由于三相三线电路输出电压中不会存在3及其倍数次的谐波，所以死区带来的谐波为正序6k+1次谐波和负序6k-1次谐波，其中k＝1,2,3
…
。
[0018]进一步地，步骤2所述的确定谐波在基波正序dq坐标系中的对应次数，确定补偿策略，具体如下：
[0019]步骤2.1、正序6k+1次谐波在基波正序dq坐标系中为正序6k次；负序6k-1次谐波在基波正序dq坐标系中为负序6k次；其中k＝1,2,3
…
；
[0020]步骤2.2、由于在基波正序dq坐标系中，正序谐波和负序谐波的谐波次数均为6k，所以选择基波正序dq坐标系进行死区补偿；由于谐振控制器R能够对特定谐波进行无静差跟踪，并且对其它频率的信号不会产生影响且不带比例系数，不会对基波系统的控制产生影响，所以选择谐振控制器R作为补偿器。
[0021]进一步地，步骤3所述的以抑制异常峰值为目的，确定谐振控制器的延时补偿相位，具体如下：
[0022]步骤3.1、确定死区补偿系统中存在的滞后环节，包括被控对象中的惯性环节、计算延迟和采样延迟三个部分；惯性环节和计算延迟用被控对象的ZOH离散模型表示，采样延迟为一个采样周期，故整个系统的延迟相位φ
delay
为：
[0023]φ
delay
＝∠z-1
P(z)
[0024]其中ω为输入频率，T
s
为采样频率，P(z)为被控对象的ZOH离散模型；
[0025]步骤3.2、确定谐振控制器的延迟补偿相位，得到带延时补偿的谐振控制器R(z)为：
[0026][0027]其中φ
h
为延时补偿相位，ω
h
为谐振频率即待补偿的谐波频率，谐振控制器延时补偿相位φ
h
为：
[0028]φ
h
＝-φ
delay
＝-∠z-1
P(z)。
[0029]进一步地，步骤4所述的根据基波控制器的比例系数k
p
、低频模型中控制对象的总电感L
T
和线路等效电阻R，确定谐振控制器的谐振系数k
i
，具体如下：
[0030]步骤4.1、基于Nyquist图距离(-1，0j)最近距离n
p
，设计基波PR控制器的k
p
，最近距离n
p
计算公式为：
[0031][0032]其中k
p
为基波PR控制器比例系数，real(P(z)*k
p
)、img(P(z)*k
p
)分别为P(z)*k
p
的实部、虚部；P(z)为被控对象的ZOH离散模型；
[0033]确定基波PR控制器的k
p
，使得系统满足稳定性，即Nyquist图既不包围也不穿越(-1，0j)，同时确保：
[0034]n
p
≥0.5
[0035]步骤4.2、确定在低频模型中控制对象的总电感L
T
及线路等效电阻R：在低频控制模型中，与电容串联的部分视为断路，由此得到低频控制对象模型，并计算总电感值L
T
；线路等效电阻R为0.5Ω；
[0036]步骤4.3、确定谐振控制器的谐振系数k
i
，公式为：
[0037][0038]进一步地，步骤5所述的根据并网电流总畸变率标准，确定最低补偿次数，具体如下：
[0039]以并网电流的总畸变率满足入网最低标准作为死区补偿完成的条件，通过调试法，逐次提高补偿次数，当并网电流的总畸变率低于百分之五时，补偿完成，补偿的最高次数即为满足标准所需要的最低补偿次数。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于基波正序dq坐标系的谐振控制器死区补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、分析在三相三线变流器控制中，死区给输出电压所带来的谐波特点；步骤2、确定谐波在基波正序dq坐标系中的对应次数，确定补偿策略；步骤3、以抑制异常峰值为目的，确定谐振控制器的延时补偿相位；步骤4、根据基波控制器的比例系数k
p
、低频模型中控制对象的总电感L
T
和线路等效电阻R，确定谐振控制器的谐振系数k
i
；步骤5、根据并网电流总畸变率标准，确定最低补偿次数。2.根据权利要求1所述的基于基波正序dq坐标系的谐振控制器死区补偿方法，其特征在于，步骤1所述的分析在三相三线变流器控制中，死区给输出电压所带来的谐波特点，具体如下：步骤1.1、当驱动信号含有死区时，输出电压表达式为：其中u
d
(t)为调制输出电压，f
c
为载波频率，ω为基波角速度，V
dc
为直流母线电压，t
d
为死区延迟时间，为初相位，t是时域的时间；步骤1.2、确定死区给输出电压所带来的谐波特点：由于三相三线电路输出电压中不会存在3及其倍数次的谐波，所以死区带来的谐波为正序6k+1次谐波和负序6k-1次谐波，其中k＝1,2,3
…
。3.根据权利要求1所述的基于基波正序dq坐标系的谐振控制器死区补偿方法，其特征在于，步骤2所述的确定谐波在基波正序dq坐标系中的对应次数，确定补偿策略，具体如下：步骤2.1、正序6k+1次谐波在基波正序dq坐标系中为正序6k次；负序6k-1次谐波在基波正序dq坐标系中为负序6k次；其中k＝1,2,3
…
；步骤2.2、由于在基波正序dq坐标系中，正序谐波和负序谐波的谐波次数均为6k，所以选择基波正序dq坐标系进行死区补偿；由于谐振控制器R能够对特定谐波进行无静差跟踪，并且对其它频率的信号不会产生影响且不带比例系数，不会对基波系统的控制产生影响，所以选择谐振控制器R作为补偿器。4.根据权利要求1所述的基于基波正序dq坐标系的谐振控制器死区补偿方法，其特征在于，步骤3所述的以抑制异常峰值为目的，确定谐振控制器的延时补偿相位，具体如下：步骤3.1、确定死区补偿系统中存在的滞后环节，包括被控对象中的惯性环节、计算延迟和采样延迟三个部分；惯性环节和计算延迟用被控对象的ZOH离散模型表示，采样延迟为一个采样周期，故整个系统的延迟相位φ
d...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵志宏，王正林，韩志鹏，刘洵端，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：