一种矢量比例谐振控制方法技术

本发明专利技术公开了一种矢量比例谐振控制方法，属于电力电子控制技术领域。包含在各谐振点具有独立相位校正角的相位校正谐振控制环节。针对大功率变流器开关频率及控制频率低、调控延迟高、稳定性和动态性能受限的挑战，本发明专利技术通过在正、负谐振极点处差异化的谐振增益与相位校正，引入新的调控自由度谐振增益K

【技术实现步骤摘要】
一种矢量比例谐振控制方法


[0001]本专利技术属于电力电子控制
，具体涉及一种矢量比例谐振控制方法。

技术介绍

[0002]三相大容量变流器作为能量变换装置，在电气化交通与船舶电力系统等工业领域得到日益广泛的应用。该类变流器通常工作于低载波比工况，控制与调制延迟显著，控制环稳定裕度不足，影响其动态性能。
[0003]三相变流器可采用矢量比例谐振控制器在静止坐标系下实现对三相电流的控制。但受限于通常小于一千赫兹的大功率器件的开关频率，系统控制延迟可达毫秒级，其相位裕度与相应的动态性能严重不足。
[0004]因此，有必要设计一种新的解决方案，在大容量变流器所在的低载波比工况下，提高系统稳定性与动态性能。

技术实现思路

[0005]为提高大容量变流器的动态性能，本专利技术提出了一种矢量比例谐振控制方法，针对传统的矢量比例谐振控制器，引入了新的调控自由度来增加相位裕度。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种矢量比例谐振控制方法，包括如下步骤：
[0008]1.一种矢量比例谐振控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0009]1)采样被控变流器中每一相的电流，经过abc/αβ坐标变换得到静止坐标系下的电流i
α
和i
β
，并定义电流采样值i
αβ
＝i
α
+ji
β
，其中i
α
与i
β
分别为静止坐标系下α轴与β轴的电流值，i
αβ
为复向量，j为虚数单位；
[0010]2)将电流参考值i
αβ_R
减去电流采样值i
αβ
，得到电流误差i
αβ_E
；
[0011]3)电流误差i
αβ_E
经过负频率极点谐振环节对应的式I计算得到负频率极点谐振环节的输出m
αβ_n
：
[0012]m
αβ_n
＝i
αβ_E
·
[k
w
(1
‑
z
‑1)+R/L
·
(1+z
‑1)]/[k
w
(1
‑
z
‑1)+jω0(1+z
‑1)]ꢀꢀ
式I
[0013]其中，z为离散变换的算子，k
w
为离散系数，L与R分别为变流器并网滤波电感的电感值和等效串联电阻值；
[0014]4)电流误差i
αβ_E
经过正频率极点谐振环节对应的式III计算得到正频率极点谐振环节的输出m
αβ_p
：
[0015]m
αβ_p
＝i
αβ_E
·
[k
w
(1
‑
z
‑1)+R/L
·
(1+z
‑1)]/[k
w
(1
‑
z
‑1)
‑
jω0(1+z
‑1)]ꢀꢀ
式III
[0016]5)对负频率极点谐振环节的输出m
αβ_n
和正频率极点谐振环节的输出m
αβ_p
分别进行频率极点相位校正，在校正时引入相位校正角自由度和谐振系数自由度；将校正后的结果相加，得到控制环总输出m
αβ
：
[0017]m
αβ
＝m
αβ_kn
+m
αβ_kp
式V
[0018]其中，m
αβ_kn
为负频率极点相位校正后的结果，m
αβ_kp
为正频率极点相位校正后的结
果；
[0019]6)控制环总输出m
αβ
经过αβ/abc坐标变换得到三相调制波m
a
、m
b
、m
c
，并在调制与驱动模块中与载波比较，生成驱动信号驱动被控变流器，实现电能变换。
[0020]进一步地，负频率极点谐振环节的输出m
αβ_n
经过负频率极点相位校正环节对应的式II计算得到负频率极点相位校正后的结果m
αβ_kn
：
[0021]m
αβ_kn
＝m
αβ_n
·
K
p
K
N
·
e
‑
jθn
ꢀꢀ
式II
[0022]其中，K
p
为比例系数，K
N
为负频率极点谐振环节的增益，θ
n
为负频率极点谐振环节的相位校正角。
[0023]进一步地，所述的正频率极点谐振环节的输出m
αβ_n
经过正频率极点谐振环节对应的式IV计算得到正频率极点相位校正后的结果m
αβ_kp
：
[0024]m
αβ_kp
＝m
αβ_p
·
K
p
·
e
jθp
式IV
[0025]其中，K
p
为比例系数，θ
p
是为正频率极点谐振环节的相位校正角。
[0026]进一步地，式I中的离散系数计算公式为：
[0027]k
w
＝ω0/tan(ω0*T
s
/2)
[0028]其中，ω0为基波角频率，T
s
为控制周期。
[0029]本专利技术具备的有益效果：
[0030]在大容量变流器对应的低载波比工况下，针对三相变流器在αβ静止坐标系下的控制，传统矢量比例谐振控制器对应式VI：
[0031]m
αβ
＝i
αβ_E
·
K
p
·
[k
w
(1
‑
z
‑1)+R/L
·
(1+z
‑1)]·
[2k
w
cosθ(1
‑
z
‑1)
‑
2ω0sinθ(1+z
‑1)][0032]/[k
w2
(1
‑
z
‑1)2+ω
02
(1+z
‑1)2]式VI
[0033]该方案仅具有一个相位校正角自由度θ
p
、一个谐振系数自由度K
p
，正序电流与负序电流控制环无法独立优化设计。而本专利技术引入了具有额外相位校正角自由度θ
n
、谐振系数自由度K
N
，可让负序电流环独立于正序电流环来设计，从而提高低载波比工况下的稳定裕度与动态性能，取得了有益的技术效本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种矢量比例谐振控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)采样被控变流器中每一相的电流，经过abc/αβ坐标变换得到静止坐标系下的电流i
α
和i
β
，并定义电流采样值i
αβ
＝i
α
+ji
β
，其中i
α
与i
β
分别为静止坐标系下α轴与β轴的电流值，i
αβ
为复向量，j为虚数单位；2)将电流参考值i
αβ_R
减去电流采样值i
αβ
，得到电流误差i
αβ_E
；3)电流误差i
αβ_E
经过负频率极点谐振环节对应的式I计算得到负频率极点谐振环节的输出m
αβ_n
：m
αβ_n
＝i
αβ_E
·
[k
w
(1
‑
z
‑1)+R/L
·
(1+z
‑1)]/[k
w
(1
‑
z
‑1)+jω0(1+z
‑1)]
ꢀꢀ
式I其中，z为离散变换的算子，k
w
为离散系数，L与R分别为变流器并网滤波电感的电感值和等效串联电阻值；4)电流误差i
αβ_E
经过正频率极点谐振环节对应的式III计算得到正频率极点谐振环节的输出m
αβ_p
：m
αβ_p
＝i
αβ_E
·
[k
w
(1
‑
z
‑1)+R/L
·
(1+z
‑1)]/[k
w
(1
‑
z
‑1)
‑
jω0(1+z
‑1)]
ꢀꢀ
式III5)对负频率极点谐振环节的输出m
αβ_n
和正频率极点谐振环节的输出m
αβ_p
分别进行频率极点...

【专利技术属性】
技术研发人员：向鑫，颜晔，雷锦涛，刘博欣，李成敏，李楚杉，李武华，何湘宁，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：