兆瓦级中压中频三电平直流换流器的自适应非线性控制方法技术

本发明专利技术涉及一种电力电子电能变换装置的控制方法，具体涉及一种适用于兆瓦级中压中频三电平直流换流器的自适应非线性控制方法。本发明专利技术所述及的控制方案主要完成稳压输出功能和短路限流控制功能，以实现具备适应后级负载变化扰动的能力和短路故障保护能力。本发明专利技术所述及的控制器将系统状态划分为CCM稳态，DCM稳态和动态，三个状态之间切换的同时伴随着参数自适应调整，从而获取较优良的稳压输出动静态特性。本发明专利技术所述及的控制器能够克服了传统控制方法难以兼顾稳压输出动态性能和静态性能，以及不同工作模式的缺点，最大限度的获取了稳态时纹波较小和扰动时电压波动较小和恢复时间较快的优点。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种电力电子电能变换装置的控制方法，具体涉及一种适用于。本专利技术所述及的控制方案主要完成稳压输出功能和短路限流控制功能，以实现具备适应后级负载变化扰动的能力和短路故障保护能力。本专利技术所述及的控制器将系统状态划分为CCM稳态，DCM稳态和动态，三个状态之间切换的同时伴随着参数自适应调整，从而获取较优良的稳压输出动静态特性。本专利技术所述及的控制器能够克服了传统控制方法难以兼顾稳压输出动态性能和静态性能，以及不同工作模式的缺点，最大限度的获取了稳态时纹波较小和扰动时电压波动较小和恢复时间较快的优点。【专利说明】
本专利技术涉及一种电力电子电能变换装置的控制方法，具体涉及一种适用于。
技术介绍
兆瓦级中压中频三电平直流换流器能够将中高压直流电变换为低压直流电，并实现了中高压直流电网与低压直流电网之间的电气隔离。随着直流电制在陆地电力系统以及机车、船舶、孤岛等独立电力系统的广泛应用，兆瓦级中压中频三电平直流换流器有着广阔的市场前景。其研究成果还可以推广应用到电力系统分布式发电、智能电网、清洁能源等场合，具有潜在的巨大社会经济效益。总的来说，兆瓦级中压中频三电平直流换流器需要实现如下几个功能:(I)具备较好的稳压输出静态性能，在不同负载条件下的纹波均较小。(2)具备较好的稳压输出动态性能，在负载突然变化时输出电压的暂态变化小，同时恢复较快。(3)换流器具有短路限流功能，当发生出口侧短路时能够从稳压控制切换到恒流控制，若短路故障一直存在，则经过一定时间后，换流器停机；若短路故障切除，则换流器在一定时间内重新完成建压，从而实现选择性保护和供电连续性。(4)换流器具有故障自检功能，当发生内部故障时能够及时报警停机。(5)提供标准、可靠的通讯方式，利于信息的实时交换与能量管理。围绕兆瓦级中压中频三电平直流换流器的功能实现，需要设计具备稳压输出，动态性能优良，以及短路限流功能完备的控制器。换流器的稳压输出性能是至关重要的，所以控制器的一项关键技术就是实现全负载范围内的动静态稳压输出性能优良。目前对直流换流器稳压控制方法的研究多集中于一种工作模式设计控制器，没有考虑模式切换所引起的扰动。换流器的工作状态可分为稳态和动态，稳态下又可分为CCM模式和DCM模式。事实上，建立的换流器数学模型在电流连续模式(CCM)和电流断续模式(DCM)下较为不同，不同模式下换流器数学模型参数上有一定差异，同时对数学模型进行仿真计算的结果显示，换流器在CCM和DCM时的小信号模型动态性能差别较大，CCM模式时系统阻尼明显小于DCM模式。考虑到换流器必须满足系统较高的工作效率，不能带死负载以规避DCM模式，必须在全负载范围内实现较好的动态性能。若采用常规的线性控制器设计，则需要先假设系统模型参数已知，但换流器由于存在模式切换和负载程度变化，模型参数显然具有不确定性。所以常规方法基于不准确或过时的模型参数得到的线性控制器，其性能可能严重降低，甚至不稳定。这个问题其实出现在许多控制设计中，如飞机起飞时周围空气压力的参数变化和机器人突然抓起物体时惯性参数的变化等。所以，非线性控制策略提出来已解决此类问题，非线性控制器中引入了非线性因素，从而使模型的不确定性可以容忍，而自适应非线性控制器就是应对模型参数不确定系统的一种较好的非线性控制方法。自适应非线性控制的基本思想是:基于量测得到的信号，对不确定的被控对象参数(或者等价地说，即相应的控制器参数)进行在线估计，并在控制输入计算中使用参数的估计值。因为自适应控制系统可以视为带有参数在线估计的控制系统。所以，传统的PI控制方案难以通过调整一组固定的控制器参数满足系统不同负载程度下的稳态和动态性能，如果折衷处理，则必须要牺牲一部分控制器性能，这显然不是所期望得到的。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术提供了一种。该方法能够实现较优的稳压输出动静态性能、短路限流功能，以及各种保护功能和通讯功能。本专利技术提供了一种，包括以下步骤:将控制指令Uoref输入至控制器，Uoref与经过低通滤波的实际输出电压U。比较，比较结果送入到电压环自适应PI控制器运算，电压环自适应PI控制器的PI参数是根据误差电压Um信号，以及换流器系统所处的工作模式进行实时在线调整的；电压环自适应PI控制器运算结果经过限幅处理后即为电流环指令值Itof，ILref与经过低通滤波的实际电感电流k比较后送入电流环自适应PI控制器运算，电流环自适应PI控制器的PI参数是根据误差电压Um信号 ，以及换流器系统所处的工作模式进行实时在线调整的；电流环运算结果经过限幅处理后得到移相占空比da，然后送入到移相PWM生成器，输出电流i。信息进入短路限流滞环控制器，然后输出脉冲封锁信号，也送入到移相PWM生成器；最后，移相PWM生成器根据得到控制命令，计算得到PWM控制脉冲Ugl至ug8。所述PI参数的在线调整规律如下:换流器系统的工作模式分为CCM稳态、DCM稳态和动态，系统内的模式检测环节通过传感器输出的实际电感电压k判断系统的工作模式并将计算结果输出至电压环自适应PI控制器和电流环自适应PI控制器，其中kpu和kiu为电压环PI的比例系数和积分系数，kpi和kn为电流环PI的比例系数和积分系数，k' pu、k' iu、k' pjPk' π为对应系数的小参数，kpu、kiu、kpi和为对应系数的大参数，t为时间，CCM稳态切换到DCM稳态的PI参数在线调整规律为:【权利要求】1.一种，其特征在于包括以下步骤: 将控制指令Uoref输入至控制器，Uoref与经过低通滤波的实际输出电压U。比较，比较结果送入到电压环自适应PI控制器运算，电压环自适应PI控制器的PI参数是根据误差电压Um信号，以及换流器系统所处的工作模式进行实时在线调整的； 电压环自适应PI控制器运算结果经过限幅处理后即为电流环指令值Itof，ILref与经过低通滤波的实际电感电流k比较后送入电流环自适应PI控制器运算，电流环自适应PI控制器的PI参数是根据误差电压Um信号，以及换流器系统所处的工作模式进行实时在线调整的； 电流环运算结果经过限幅处理后得到移相占空比da，然后送入到移相PWM生成器，输出电流i。信息进入短路限流滞环控制器，然后输出脉冲封锁信号，也送入到移相PWM生成器； 最后，移相PWM生成器根据得到控制命令，计算得到PWM控制脉冲Ugl至ug8。2.根据权利要求1所述的一种，其特征在于PI参数的在线调整规律如下: 换流器系统的工作模式分为CCM稳态、DCM稳态和动态，系统内的模式检测环节通过传感器输出的实际电感电压k判断系统的工作模式并将计算结果输出至电压环自适应PI控制器和电流环自适应PI控制器，其中kpu和kiu为电压环PI的比例系数和积分系数，kpi和kn为电流环PI的比例系数和积分系数,k' pu、k' iu、k' 　　和　 n为对应系数的小参数，kpu、kiu、kpi和kn为对应系数的大参数，t为时间，CCM稳态切换到DCM稳态的PI参数在线调整规律为: 3.根据权利要求1所述的一种，其特征在于具有短路限流功能的自适应PI控制器检测到输出电流i。超过一定阀值，则将换流器的控制脉冲封锁，当输出电流i。下降到一定阀值，则将换流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种兆瓦级中压中频三电平直流换流器的自适应非线性控制方法，其特征在于包括以下步骤：将控制指令Uoref输入至控制器，Uoref与经过低通滤波的实际输出电压uo比较，比较结果送入到电压环自适应PI控制器运算，电压环自适应PI控制器的PI参数是根据误差电压uerr信号，以及换流器系统所处的工作模式进行实时在线调整的；电压环自适应PI控制器运算结果经过限幅处理后即为电流环指令值ILref，ILref与经过低通滤波的实际电感电流iL比较后送入电流环自适应PI控制器运算，电流环自适应PI控制器的PI参数是根据误差电压uerr信号，以及换流器系统所处的工作模式进行实时在线调整的；电流环运算结果经过限幅处理后得到移相占空比dα，然后送入到移相PWM生成器，输出电流io信息进入短路限流滞环控制器，然后输出脉冲封锁信号，也送入到移相PWM生成器；最后，移相PWM生成器根据得到控制命令，计算得到PWM控制脉冲ug1至ug8。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：肖飞，谢帧，王瑞田，杨国润，范学鑫，揭贵生，王恒利，陆明科，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：