本發(fā)明涉及逆變器控制，具體而言，尤其涉及一種不平衡負(fù)載下輸出電壓平衡控制與諧波抑制方法。

背景技術(shù)：

1、與傳統(tǒng)的兩電平逆變器相比，三電平逆變器具有輸出諧波含量較低的優(yōu)勢(shì)，從而減小了后端濾波器的體積，提升了系統(tǒng)的效率和性能。在理想情況下，當(dāng)逆變器在三相平衡負(fù)載下運(yùn)行時(shí)，輸出的電壓波形質(zhì)量較高，能夠提供穩(wěn)定和精確的電能。

2、在實(shí)際工業(yè)和生活應(yīng)用中，由于各種原因，負(fù)載往往呈現(xiàn)不平衡狀態(tài)。這種不平衡負(fù)載會(huì)對(duì)逆變器的輸出電壓產(chǎn)生顯著影響，導(dǎo)致輸出電壓不平衡度無(wú)法滿(mǎn)足5％的標(biāo)準(zhǔn)要求。此外，不平衡負(fù)載會(huì)引起總諧波失真(thd)值的增加，使輸出電壓波形發(fā)生畸變，嚴(yán)重影響供電質(zhì)量。

3、據(jù)發(fā)明人了解，本發(fā)明指出在不平衡負(fù)載下，負(fù)序分量及諧波分量在dq坐標(biāo)系下呈現(xiàn)為交流量形式，pi控制器無(wú)法對(duì)其實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差跟蹤，會(huì)造成thd的增加；同時(shí)npc逆變器系統(tǒng)的建模并非極其精確，所設(shè)計(jì)的控制器在實(shí)際控制時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致控制目標(biāo)發(fā)生偏差破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性，影響輸出電壓的不平衡。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、根據(jù)上述提出的技術(shù)問(wèn)題，提供一種不平衡負(fù)載下輸出電壓平衡控制與諧波抑制方法。本發(fā)明通過(guò)在不同坐標(biāo)系下建立npc三電平逆變器的數(shù)學(xué)模型，并以輸出三相電壓為控制目標(biāo)，分析其在不平衡工況下在不同坐標(biāo)系下的表現(xiàn)形式。本發(fā)明對(duì)準(zhǔn)比例復(fù)數(shù)積分(qpci)控制進(jìn)行了改進(jìn)，以達(dá)到抑制基波負(fù)序分量的效果；針對(duì)輸出電壓中的諧波分量，根據(jù)內(nèi)模原理，采用結(jié)合重復(fù)控制算法的改進(jìn)復(fù)合控制，對(duì)其進(jìn)行抑制。改進(jìn)的qpci控制算法可以有效跟蹤基波正序電壓和抑制基波負(fù)序電壓，保證輸出電壓的平衡。而改進(jìn)的復(fù)合控制算法可以在此基礎(chǔ)上對(duì)諧波進(jìn)行有效抑制。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下：

3、一種不平衡負(fù)載下輸出電壓平衡控制與諧波抑制方法，包括：

4、s1、在不同坐標(biāo)系下，建立npc三電平逆變器的數(shù)學(xué)模型，并以輸出三相電壓為控制目標(biāo)，分析其在不平衡工況下在不同坐標(biāo)系下的表現(xiàn)形式；

5、s2、對(duì)準(zhǔn)比例復(fù)數(shù)積分qpci控制進(jìn)行改進(jìn)，抑制基波負(fù)序分量；

6、s3、結(jié)合重復(fù)控制算法，設(shè)計(jì)相應(yīng)的重復(fù)控制器，提高對(duì)諧波的抗擾動(dòng)能力。

7、s4、基于上述步驟中的控制算法，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行改進(jìn)復(fù)合控制，綜合實(shí)現(xiàn)對(duì)基頻正序分量的跟蹤、負(fù)序分量的抑制以及對(duì)諧波的抑制。

8、進(jìn)一步地，步驟s1，具體包括：

9、s11、在三相靜止坐標(biāo)系下，建立數(shù)學(xué)模型如下：

10、

11、其中，x＝[va?vb?vc?ila?ilb?ilc]，u＝[ua?ub?uc?illa?illb?illc]；

12、

13、

14、s12、對(duì)abc坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行clark變換，得到αβ坐標(biāo)系的數(shù)學(xué)模型，如下：

15、

16、s13、進(jìn)行park變換，得到被控系統(tǒng)在兩相旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型，如下：

17、

18、s14、不平衡負(fù)載下輸出基波電壓數(shù)學(xué)模型，輸出三相不平衡電壓表示如下：

19、

20、其中，vm+、為正序分量的幅值和初相位，vm-、為負(fù)序分量的幅值和初相位；

21、s15、將αβ坐標(biāo)系的輸出三相不平衡電壓表示如下：

22、

23、s16、將dq坐標(biāo)系的正序分量和負(fù)序分量表示如下：

24、

25、s17、將在αβ坐標(biāo)系的三相輸出電壓中的諧波含量表示如下：

26、

27、其中，vm_(6h±1)為各次諧波對(duì)應(yīng)的幅值，為其初始相位角，起諧波在αβ坐標(biāo)系下以基波(6h+1)的整數(shù)倍形式出現(xiàn)；

28、s18、將諧波在dq坐標(biāo)系上進(jìn)行表示，如下：

29、

30、進(jìn)一步地，步驟s2，具體包括：

31、s21、采用αβ坐標(biāo)系設(shè)計(jì)pci控制器的傳遞函數(shù)，如下：

32、

33、s22、引入帶寬系數(shù)，將pci控制器轉(zhuǎn)為準(zhǔn)pci控制器qpci，如下：

34、

35、其中，ωc為帶寬系數(shù)，經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)kp、ki滿(mǎn)足所需穩(wěn)態(tài)誤差的要求；

36、s23、對(duì)準(zhǔn)pci控制器qpci的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，得到dqpci控制器，使dqpci控制器在ωr和-ωr都具有較大增益，完成對(duì)正序的跟蹤和負(fù)序的抑制，改進(jìn)后的傳遞函數(shù)如下：

37、

38、進(jìn)一步地，步驟s3，具體包括：

39、s31、對(duì)被控對(duì)象p(z)進(jìn)行幅值和相位補(bǔ)償，以確?？刂葡到y(tǒng)的穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)補(bǔ)償器，如下：

40、c(z)＝krzks(z)

41、其中，kr是補(bǔ)償器的增益；zk為補(bǔ)償器超前環(huán)節(jié)；s(z)是濾波器；

42、s32、將被控對(duì)象三電平逆變器的連續(xù)域傳遞函數(shù)p(s)表示為：

43、

44、s33、用零階保持器對(duì)被控對(duì)象三電平逆變器的連續(xù)域傳遞函數(shù)p(s)進(jìn)行離散化，得到：

45、

46、s34、補(bǔ)償器中s(z)環(huán)節(jié)使用陷波器和二階低通濾波器的級(jí)聯(lián)形式；陷波器不會(huì)影響其他頻率段；對(duì)于高頻衰減，選取合適截止頻率的二階低通濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)完美衰減效果，其中：

47、z域零相移陷波器的傳遞函數(shù)如下：

48、

49、二階低通濾波器的表達(dá)式如下：

50、

51、補(bǔ)償器離散濾波器如下:

52、

53、s35、分析重復(fù)控制器穩(wěn)定性，將重復(fù)控制器的輸入輸出關(guān)系表示如下：

54、

55、其中，e(z)＝r(z)-ur(z)p(z)-d(z)為系統(tǒng)的輸入誤差，將其代入上式中得到：

56、

57、s36、得到加入改進(jìn)重復(fù)控制器后的系統(tǒng)特征方程，如下：

58、1-q(z)z-n+c(z)p(z)z-n＝0

59、其中，系統(tǒng)穩(wěn)定的充分條件為根據(jù)設(shè)計(jì)的重復(fù)控制器得到q(z)-c(z)p(z)的奈奎斯特圖，其幅值都小于1，證明設(shè)計(jì)的重復(fù)控制器的參數(shù)滿(mǎn)足穩(wěn)定性要求；

60、進(jìn)一步地，步驟s4，具體包括：

61、s41、改進(jìn)復(fù)合控制，改進(jìn)后的復(fù)合控制閉環(huán)傳遞函數(shù)的表達(dá)式如下：

62、

63、s42、將改進(jìn)重復(fù)控制器的表達(dá)式代入s41的公式中，得到：

64、

65、s43、令z＝ejωts，得到系統(tǒng)穩(wěn)定的充分條件如下：

66、

67、較現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

68、1、本發(fā)明提供的一種不平衡負(fù)載下輸出電壓平衡控制與諧波抑制方法，針對(duì)傳統(tǒng)雙閉環(huán)pi控制的缺點(diǎn)，本發(fā)明在準(zhǔn)比例復(fù)數(shù)積分(qpci)控制的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，以達(dá)到可以抑制基波負(fù)序分量的效果，在負(fù)載平衡時(shí)，傳統(tǒng)pi控制方法和改進(jìn)的qpci算法基本都能將不平衡度維持在0.1％以下，pi控制效果最好。但負(fù)載突變時(shí)，傳統(tǒng)pi控制無(wú)法控制輸出電壓平衡，在達(dá)到穩(wěn)態(tài)后輸出電不平衡度較大，大于5％，改進(jìn)qpci輸出電壓不平衡度能維持在約0.05％，證明了本發(fā)明方法對(duì)負(fù)序分量的抑制能力。

69、2、本發(fā)明提供的一種不平衡負(fù)載下輸出電壓平衡控制與諧波抑制方法，針對(duì)諧波的問(wèn)題提出了結(jié)合重復(fù)控制的算法，并對(duì)重復(fù)控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)，改進(jìn)復(fù)合控制算法比改進(jìn)qpci控制算法對(duì)諧波的抗擾動(dòng)能力強(qiáng)。

70、基于上述理由本發(fā)明可在逆變器控制等領(lǐng)域廣泛推廣。