一种变流器线性控制延时补偿方法

技术领域

本申请涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种变流器线性控制延时补偿方法。

背景技术

在当前低碳趋势下，电力系统将从以机械电磁设备为主的电力系统向以电力电子器件为主的电力系统演化，势必会对电力电子系统提出更高的要求。在电力电子交流转换系统中，进一步对控制器进行优化设计是助力当前电力电子系统新形势的重要举措。现有的数字控制器系统不可避免地会产生一定的延时环节，从系统性能方面分析，产生的延时环节降低了系统的控制带宽、使稳态误差进一步增加。

传统控制方法一般是通过将输入信号和当前的输出信号的差值作为新的输入送入控制器，形成闭环负反馈回路，从而实现理想效果。控制器优化方法大多数以增加系统零极点、提高系统型别为主，可以通过频域分析方法(例如Bode图、Nyquist曲线等)对参数进行进一步优化，从而提高系统的稳定性和快速性。现有方案在应用中始终会产生一定的延时环节，该延时环节主要由模数转换、脉冲宽度调制、计算等必要环节所产生，不可避免。延时环节的产生降低系统的控制带宽、增加系统的稳态误差，甚至会使系统处于不稳定的状态，造成不必要的损失。

发明内容

本申请实施例提供了一种变流器线性控制延时补偿方法，用以解决现有的传统控制器的设计方法存在控制带宽低、稳态误差大的固有缺陷的技术问题。

一方面，本申请实施例提供了一种变流器线性控制延时补偿方法，所述方法包括：

步骤S1：构建电网侧α-β坐标系下的数学模型，所述电网侧α-β坐标系下的数学模型如下，

其中，I

步骤S2：进行离散化处理，得到如下离散型预测控制模型，采样周期为Ts，

步骤S3：通过闭环回路将k+1时刻的参考值

步骤S4：将

在本申请的一种实现方式中，在所述步骤S4之后，所述方法还包括：

判断采样周期是否超过预设阈值，若超过预设阈值，则根据如下公式进行补偿计算，

其中，Δθ＝ωT

相对于电网基频来说，如果采样周期较小，可以认为

在本申请的一种实现方式中，所述方法还包括：

确定所述离散型预测控制模型的测量值；其中，所述测量值包括：三相电感电流、三相输出电流、电网电压；

将所述测量值基于如下公式进行三相自然坐标系到α-β坐标系的变换，

本申请实施例提供的一种变流器线性控制延时补偿方法，通过将(k+1)时刻的输入与k时刻预测的(k+1)时刻的输出值作差，差值作为输入送入控制器，形成闭环负反馈回路，在k时刻预测的(k+1)时刻的输出值没有受到延时环节的影响，从而抵消掉部分延时环节的影响，由此减小了延迟环节在高频段造成的相位衰减。因此，反馈电流经预测方程修正后，在保证系统开环传函相角裕度的情况下，可以设定较大的控制器增益，进而提高了系统的控制带宽、减小了系统的稳态误差。本发明采用比例-多谐振控制器对变流器进行控制，可消除基波频率下的稳态误差。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例提供的一种变流器线性控制延时补偿方法框图；

图2为本申请实施例提供的比例多谐振控制器组成图；

图3为本申请实施例提供的变流器拓扑图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在当前趋势下，电力系统将从以机械电磁设备为主的电力系统向以电力电子器件为主的电力系统演化，势必会对电力电子系统提出更高的要求。

在电力电子交流转换系统中，进一步对控制器进行优化设计是助力当前电力电子系统新形势的重要举措。现有的数字控制器系统不可避免地会产生一定的延时环节，从系统性能方面分析，产生的延时环节降低了系统的控制带宽、使稳态误差进一步增加。

传统控制方法一般是通过将输入信号和当前的输出信号的差值作为新的输入送入控制器，形成闭环负反馈回路，从而实现理想效果。控制器优化方法大多数以增加系统零极点、提高系统型别为主，可以通过频域分析方法(例如Bode图、Nyquist曲线等)对参数进行进一步优化，从而提高系统的稳定性和快速性。

ADC(Analog to Digital Conversion，模数转换)、计算时间和PWM(Plus WidthModulation，脉宽调制)将在系统闭环回路中引入延时环节。从系统稳定性的角度分析，该延时环节会限制环路增益的大小，进而限制控制器参数的取值范围。因此，受数字控制系统延时环节的影响，传统控制器的设计方法存在控制带宽低、稳态误差大的固有缺陷。本发明提出一种基于模型预测的补偿方法，旨在最大程度减小系统闭环回路中延时环节的影响，以扩大系统的稳定域范围。在此基础上，通过合理选取控制器参数，提升系统的控制带宽、减小稳态误差。

现有方案在应用中始终会产生一定的延时环节，该延时环节主要由模数转换、脉冲宽度调制、计算等必要环节所产生，不可避免。延时环节的产生降低系统的控制带宽、增加系统的稳态误差，甚至会使系统处于不稳定的状态，造成不必要的损失。

本申请提出的目的是针对现有方案进行优化，使系统在正常工作过程中可以抵消部分延时环节带来的不良影响。

本申请实施例提供了一种变流器线性控制延时补偿方法，用以解决现有的传统控制器的设计方法存在控制带宽低、稳态误差大的固有缺陷的技术问题。使用预测控制技术对系统下一时刻输出进行预测，使当前时刻参考值与上一时刻所预测的当前输出值作差，产生一个新的输入送入控制器，可抵消传统控制在应用中产生的延时环节，起到增大系统带宽、减小稳态误差的作用。

下面通过附图对本申请实施例提出的技术方案进行详细的说明。

图1为本申请实施例提供的一种变流器线性控制延时补偿方法框图。如图1所示，该方法主要包括以下步骤：

步骤S1：构建电网侧α-β坐标系下的数学模型，所述电网侧α-β坐标系下的数学模型如下，

/>

其中，I

步骤S2：进行离散化处理，得到如下离散型预测控制模型，

如图1所示，此时将电网数字延时补偿加到离散型预测控制模型中，用延时补偿代替实际过程中产生的延时环节。

步骤S3：通过闭环回路将k+1时刻的参考值

步骤S4：将

在下一时刻采样时刻来临时，重复上述步骤。

本申请实施例中，比例多谐振控制器的组成如图2所示，其中K

本申请实施例中，变流器的拓扑图如图3所示，包括直流电源E

在本申请实施例中，在所述步骤S4之后，所述方法还包括：

判断采样周期是否超过预设阈值，若超过预设阈值，则根据如下公式进行补偿计算，

其中，Δθ＝ωT

在本申请实施例中，所述方法还包括：

确定所述离散型预测控制模型的测量值；其中，所述测量值包括：三相电感电流、三相输出电流、电网电压；

将所述测量值基于如下公式进行三相自然坐标系到α-β坐标系的变换，

/>

本申请实施例提供的一种变流器线性控制延时补偿方法，通过将(k+1)时刻的输入与k时刻预测的(k+1)时刻的输出值作差，差值作为输入送入控制器，形成闭环负反馈回路，在k时刻预测的(k+1)时刻的输出值没有受到延时环节的影响，从而抵消掉部分延时环节的影响，由此减小了延迟环节在高频段造成的相位衰减。因此，反馈电流经预测方程修正后，在保证系统开环传函相角裕度的情况下，可以设定较大的控制器增益，进而提高了系统的控制带宽、减小了系统的稳态误差。本发明采用比例多谐振控制器对变流器进行控制，可消除基波频率下的稳态误差。

本申请中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。