一种消除直流母线二倍频电压纹波的控制方法以及装置制造方法及图纸

本公开提供了一种消除直流母线二倍频电压纹波的控制方法以及装置。其中，该方法包括：基于背靠背桥式结构的变换电路，对直流母线电压进行分解，计算所述直流母线电压的直流分量和二倍频交流分量的叠加分解式；构建无延时自适应状态观测器；基于所述自适应状态观测器，通过状态估计的方法提取直流母线电压的直流分量，使得直流母线电压的直流分量和二倍频分量分离，在控制回路中只引入所提取的直流量，完成消除直流母线电压二倍频纹波的控制。本公开基于构建含二倍频的直流母线电压无延时自适应状态观测器，消除了直流母线电压二倍频纹波，且状态观测器无需额外增加硬件电路，减少了系统体积和成本，提高了系统的稳态精度和动态响应速度。态响应速度。态响应速度。

【技术实现步骤摘要】
一种消除直流母线二倍频电压纹波的控制方法以及装置


[0001]本公开涉及电力电子领域，具体而言，涉及一种消除直流母线二倍频电压纹波的控制方法以及装置。

技术介绍

[0002]在功率单元采用背靠背桥式结构的新型同相供电拓扑中，当逆变侧给负载供电，且负载动态过程频繁、扰动量大、运行工况复杂时，对系统的动态特性要求较高。单相逆变或者整流电路存在直流侧和交流侧功率不匹配的问题，即交流侧的二倍频功率波动会造成直流侧电压或电流出现二倍频分量。只有当整流侧输入的视在功率等于逆变侧输出的视在功率时，直流母线电压上才不存在波动。然而在负载运行的过程中很难保证整流侧和逆变侧的功率因数一致，无法做到整流侧和逆变侧功率的实时相等。因此，会在直流母线电容上产生功率纹波，导致直流母线电压上存在大量的二次谐波，这种扰动出现在交流侧电流上，表现为三次谐波，会增加线路的损耗，降低电能质量，并直接影响系统的使用容量和使用效率。传统的解决二倍频的方法是通过增加直流母线电容以限制二倍频纹波大小，这种方法通常需要使用大电解电容，会增加系统的成本，降低电容的使用寿命。解决上述问题的现有技术有两种方案：
[0003]第一种方案为在所述功率单元采用背靠背桥式结构的同相供电拓扑中增加单相功率解耦电路，通过控制单相功率解耦电路中两个开关器件的轮替导通，达到消除直流母线电压上的二倍频纹波，维持直流母线电压的稳定的目的。但是，单相功率解耦电路在解决二倍频问题时，需要硬件电路，且在工作过程中需要电容进行频繁的充放电转换，这些不仅增大了设备面积和系统成本还会导致系统的暂态性能和边际稳定性变差。
[0004]第二种方案为在电压控制回路中使用基于软件的滤波器，防止二倍频纹波渗透到控制回路中，这种滤波器不需要复杂的硬件设备或很大的直流母线电容。复杂的高阶滤波器，由于其冗余结构，在直流母线电压快速变化时，系统具有高暂态性；而陷波器是目前解决该问题的最先进技术，具有最优的响应，较高的收敛速度和较低的暂态。虽然基于软件的滤波器，其稳态性能是可以接受的，同时降低了直流母线电容大小，但是用一个额外的滤波器意味着增加了更多的极点到控制回路，这不可避免的会产生额外的超调、震荡和调节时间，从而限制了提高系统整体阻尼的设计灵活性。因此，为使系统突变时保持在可接受的范围内，电压控制回路被迫设计为较低的带宽，同时限制了环路增益的大小。低带宽也就意味着动态响应性能的降低，低增益也将影响系统稳态精度的提升。这些滤波方式，大部分是通过衰减的形式提取所需的控制信号，会导致有用信号的畸变和干扰信号的滤波不完全，从而产生一个新的谐波源。
[0005]因此，需要一种或多种方法解决上述问题。
[0006]需要说明的是，在上述
技术介绍
部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

[0007]本公开的目的在于提供一种消除直流母线二倍频电压纹波的控制方法以及装置，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。
[0008]根据本公开的一个方面，提供一种消除直流母线二倍频电压纹波的控制方法，包括：
[0009]基于背靠背桥式结构的变换电路，对直流母线电压进行分解，计算所述直流母线电压的直流分量和二倍频交流分量的叠加分解式；
[0010]根据所述直流母线电压的直流分量和二倍频交流分量的叠加分解式，构建自适应状态观测器；
[0011]基于所述自适应状态观测器，通过状态估计的方法提取直流母线电压的直流分量，并基于所述直流母线电压的直流分量，完成消除直流母线二倍频电压纹波的控制。
[0012]在本公开的一种示例性实施例中，所述方法还包括：
[0013]基于背靠背桥式结构的变换电路，分析直流母线电容的瞬时功率为
[0014][0015]其中，U
S
为逆变侧输出电压，I
S
为逆变侧输出电流，U
N
为整流侧输入电压，I
N
为整流侧的输入电流，ω为工频角频率，为U
S
与U
S
的相位差，θ为U
S
与I
S
的相位差；
[0016]根据所述直流母线电容的瞬时功率，对直流母线电压进行分解，计算所述直流母线电压的直流分量和二倍频交流分量的叠加分解式。
[0017]在本公开的一种示例性实施例中，所述方法还包括：
[0018]基于背靠背桥式结构的变换电路，对直流母线电压进行分解，计算所述直流母线电压的直流分量和二倍频交流分量的叠加分解式为
[0019][0020]其中，u
d
为直流母线电压，V
d
为直流母线电压平均值，C为直流母线电容。
[0021]在本公开的一种示例性实施例中，所述方法还包括：
[0022]根据所述直流母线电压的直流分量和二倍频交流分量的叠加分解式，计算设计自适应状态观测器的恰当形式为
[0023][0024][0025]其中，b1、b2分别为自适应状态观测器设计状态量，分别为b1、b2的一阶导数；
[0026]根据所述自适应状态观测器的恰当形式，构建自适应状态观测器；
[0027]在本公开的一种示例性实施例中，所述方法还包括：
[0028]根据所述直流母线电压的直流分量和二倍频交流分量的叠加分解式，构建自适应状态观测器中的三个状态量的估计值的一阶线性微分方程组为
[0029][0030][0031][0032]其中，为b1的估计值，为b2的估计值，分别为的一阶导数，为V
d
的估计值。为b1的误差值，为b2的误差值,n∈(0.9 1.05)。
[0033]在本公开的一种示例性实施例中，所述方法还包括：
[0034]基于所述自适应状态观测器，通过状态估计的方法提取直流母线电压的直流分量，所述直流母线电压的直流分量状态量误差值的一阶微分方程组为
[0035][0036][0037][0038][0039][0040][0041][0042][0043][0044]其中，为V
d
的误差值，分别为的一阶导数；
[0045]基于所述直流母线电压的直流分量，完成消除直流母线二倍频电压纹波的控制。
[0046]在本公开的一种示例性实施例中，所述方法还包括：
[0047]基于李雅普诺夫稳定性定理对所述自适应状态观测器的稳定性进行判定，根据激励的持久性定理，证明所述自适应状态观测器具备稳定性和准确性。
[0048]在本公开的一个方面，提供一种消除直流母线二倍频电压纹波的控制装置，包括：
[0049]直流母线电压分解模块，用于基于背靠背桥式结构的变换电路，对直流母线电压进行分解，计算所述直流母线电压的直流分量和二倍频交流分量的叠加分解式；
[0050]自适应状态观测器构建模块，用于根据所述直流母线电压的直流分量和二倍本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种消除直流母线二倍频电压纹波的控制方法，其特征在于，所述方法包括：基于背靠背桥式结构的变换电路，对直流母线电压进行分解，计算所述直流母线电压的直流分量和二倍频交流分量的叠加分解式；根据所述直流母线电压的直流分量和二倍频交流分量的叠加分解式，构建自适应状态观测器；基于所述自适应状态观测器，通过状态估计的方法提取直流母线电压的直流分量，并基于所述直流母线电压的直流分量，完成消除直流母线二倍频电压纹波的控制。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：基于背靠背桥式结构的变换电路，分析直流母线电容的瞬时功率为其中，U
S
为逆变侧输出电压，I
S
为逆变侧输出电流，U
N
为整流侧输入电压，I
N
为整流侧的输入电流，ω为工频角频率，为U
S
与U
S
的相位差，θ为U
S
与I
S
的相位差；根据所述直流母线电容的瞬时功率，对直流母线电压进行分解，计算所述直流母线电压的直流分量和二倍频交流分量的叠加分解式。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：基于背靠背桥式结构的变换电路，对直流母线电压进行分解，计算所述直流母线电压的直流分量和二倍频交流分量的叠加分解式为其中，u
d
为直流母线电压，V
d
为直流母线电压平均值，C为直流母线电容。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：根据所述直流母线电压的直流分量和二倍频交流分量的叠加分解式，计算设计自适应状态观测器的恰当形式为状态观测器的恰当形式为其中，b1、b2分别为自适应状态观测器设计状态量，分别为b1、b2的一阶导数；根据所述自适应状态观测器的恰当形式，构建自适应状态观测器。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：根据所述直流母线电压的直流分量和二倍频交流分量的叠加分解式...

【专利技术属性】
技术研发人员：周京华，刘保瑞，徐爽，章小卫，张贵辰，
申请(专利权)人：北方工业大学，
类型：发明
国别省市：