一種考慮電網(wǎng)頻率偏差的多模重復控制器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明提出考慮電網(wǎng)頻率偏差的多模重復控制器，主要的適用對象是有源電力濾波器，用于抑制電網(wǎng)頻率偏差工況的負載諧波，屬于電氣工程的電能質量領域。
【背景技術】
[0002]在電能質量的諧波抑制領域，控制的對象是幾次，十幾次，幾十次的諧波電流。普通的PI控制器帶寬較窄，造成了跟蹤控制諧波的效果較差。而在控制系統(tǒng)前向通道上增加延時反饋支路及其他輔助支路，能夠有效跟蹤類似于諧波的周期性外激信號，無靜差跟蹤對應于工作頻率或倍數(shù)次工作頻率的周期性信號，這就是在諧波跟蹤控制中應用重復控制的基本原理。
[0003]重復控制是基于內(nèi)模原理的控制方法，內(nèi)模原理是把外部作用信號的動力性模型植入控制器來構成高精度反饋控制系統(tǒng)的一種設計原理?；趦?nèi)模原理的控制理論為實現(xiàn)對任意形式參考輸入信號的無靜差跟蹤提供了依據(jù)，為實現(xiàn)高精度的反饋控制提供了一種有效的方法。目前，內(nèi)模原理已經(jīng)在線性定常系統(tǒng)和隨動系統(tǒng)的綜合設計中得到有效的應用。
[0004]在應用于治理電能質量的諧波抑制系統(tǒng)中，控制器的輸入指令是由不同頻率的正弦函數(shù)疊加的信號，而非恒值。在實際的工業(yè)現(xiàn)場，電網(wǎng)的頻率也不是恒定的，而是在允許的范圍內(nèi)發(fā)生偏差，因而需要控制器能夠根據(jù)電網(wǎng)頻率的偏差特征，有效跟蹤電網(wǎng)頻率的變化，或者在頻率偏差的工況下保持良好的諧波跟蹤性能。
[0005]關于頻率和頻率偏差的概念。在電工學理論中，正弦量在單位時間內(nèi)交變的次數(shù)稱為頻率，用f表示，單位為Hz (赫茲)。交變(含正負半波的變化)一次所需要的時間稱為周期，用T表示，單位為s(秒)。頻率和周期互為倒數(shù)，即T = Ι/f。系統(tǒng)頻率偏差Af=乙-f；，式中f；為實際頻率(Hz)，fN為系統(tǒng)標稱頻率。一般來講，電力系統(tǒng)頻率僅當所有發(fā)電機的總有功出力與總有功負荷(包括電網(wǎng)的所有損耗)相等時，才能保持不變；而當總有功出力與總負荷發(fā)生不平衡時，各發(fā)電機組的轉速及相應的頻率就要發(fā)生變化。電力系統(tǒng)的負荷是時刻變換的，任何一處負荷的變化，都要引起全系統(tǒng)功率的不平衡，導致頻率的變化。
[0006]關于電力系統(tǒng)頻率偏差的范圍，根據(jù)電力系統(tǒng)頻率偏差的國家標準(GB/T15945-2008)，實際中電網(wǎng)工作頻率是在國家標準允許的范圍內(nèi)發(fā)生偏差:電力系統(tǒng)正常頻率偏差允許值為±0.2Hz ;當系統(tǒng)容量較小時，偏差值可以放寬到±0.5Hz。
[0007]傳統(tǒng)的重復控制器只針對標稱頻率的倍數(shù)次諧波進行跟蹤控制，而對于電網(wǎng)工作頻率偏差工況諧波跟蹤控制的研宄和應用較少。此研宄和應用現(xiàn)狀導致在電網(wǎng)頻率偏差工況，現(xiàn)有重復控制器的諧波跟蹤控制性能明顯下降。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]針對在電網(wǎng)頻率偏差時，重復控制器跟蹤控制諧波性能下降的問題，本發(fā)明提出一種改進型重復控制器，將電網(wǎng)頻率的偏差情況納入控制器設計的考慮中。以標稱頻率的偏差頻率為跟蹤控制對象，在傳統(tǒng)重復控制器的通路上添加并聯(lián)的重復控制通路并設計相應的頻率偏差調節(jié)系數(shù)，提高重復控制器在電網(wǎng)頻率偏差工況對諧波的跟蹤控制性能。
[0009]為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下的技術方案:
[0010]一種考慮電網(wǎng)頻率偏差的多模重復控制器，其特征在于，包括:
[0011]一個比例控制通路:取諧波指令e作為輸入量；
[0012]多個相并聯(lián)的重復控制通路:取諧波指令e作為輸入量，該重復控制通路輸出量同時接第二加法器，累加后的輸出量接第一加法器與比例控制通路的輸出量累加，得到多模重復控制器的綜合輸出量；
[0013]其中，所述多個相并聯(lián)的重復控制通路由多個結構相同的控制通路構成，所述每個控制通路均包括系數(shù)為Ksl的重復控制增益模塊、系數(shù)為Kdl的頻率偏差調節(jié)模塊、第三加法器、系數(shù)為Kfl的反饋衰減模塊、兩個延時環(huán)節(jié)；并聯(lián)方式為每個重復控制通路的輸入側均取諧波指令e作為參考信號，依次串接重復控制增益模塊、頻率偏差調節(jié)模塊，頻率偏差調節(jié)模塊的輸出端與反饋衰減模塊的輸出端連接第三加法器的輸入端，第三加法器的輸出端接第一延時環(huán)節(jié)和第二延時環(huán)節(jié)的輸入端，然后第一延時環(huán)節(jié)的輸出端接反饋衰減模塊的輸入端，第二延時環(huán)節(jié)的輸出端接第二加法器的輸入端。
[0014]在上述的一種考慮電網(wǎng)頻率偏差的多模重復控制器，重復控制通路延時環(huán)節(jié)的延時時間長度為偏差頻率范圍內(nèi)均勻分布的頻率值的倒數(shù)，其中作用于標稱頻率工況的主導重復控制通路的延時時間長度為標稱頻率的倒數(shù)，其他輔助重復控制通路的延時時間長度為標稱頻率附近偏差頻率的倒數(shù)。
[0015]在上述的一種考慮電網(wǎng)頻率偏差的多模重復控制器，所述重復控制通路延為三組，分別是第一重復控制通路、第二重復控制通路、以及第三重復控制通路；所述第一重復控制通路包括第一延時環(huán)節(jié)、第二延時環(huán)節(jié)以及重復控制增益系數(shù)Ksl、頻率偏差調節(jié)系數(shù)Kdl，反饋衰減系數(shù)Kfl;第二重復控制通路包括第三延時環(huán)節(jié)、第四延時環(huán)節(jié)以及重復控制增益系數(shù)Ks2，頻率偏差調節(jié)系數(shù)Kd2，反饋衰減系數(shù)Kf2;第三重復控制通路包括第五延時環(huán)節(jié)、第六延時環(huán)節(jié)以及重復控制增益系數(shù)Ks3，頻率偏差調節(jié)系數(shù)Kd3，反饋衰減系數(shù)Kf3
[0016]其中，第一延時環(huán)節(jié)、第二延時環(huán)節(jié)的延時時間長度為標稱頻率fN= 50Hz的倒數(shù)，第三延時環(huán)節(jié)、第四延時環(huán)節(jié)為正偏差頻率f+= 50.2Hz的倒數(shù)，第五延時環(huán)節(jié)、第六延時環(huán)節(jié)的延時時間長度為負偏差頻率f-= 49.8Hz的倒數(shù)。
[0017]重復控制增益系數(shù)Ksl= 1.5，頻率偏差調節(jié)系數(shù)Kdl= 1，反饋衰減系數(shù)Kfl= 0.9 ；
[0018]重復控制增益系數(shù)Ks2= 1.5，頻率偏差調節(jié)系數(shù)Kd2= 0.3，反饋衰減系數(shù)Kf2 =0.9 ；
[0019]重復控制增益系數(shù)Ks3= 1.5，頻率偏差調節(jié)系數(shù)Kd3= 0.3，反饋衰減系數(shù)Kf3 =
0.9 ο
[0020]本發(fā)明具有以下優(yōu)點及有益效果:1、本發(fā)明所提出的考慮電網(wǎng)頻率偏差的多模重復控制器的設計方法，可根據(jù)電網(wǎng)頻率的偏差工況，靈活添加適用于偏差頻率工況的重復控制通路，從而在頻率偏差工況無靜差跟蹤諧波指令，提高對諧波的跟蹤控制及補償效果；2、本發(fā)明所提出的考慮電網(wǎng)頻率偏差的多模重復控制器，擴大控制器在標稱頻率點附近的頻帶寬度，提高品質因數(shù)，能夠保證額定工況的穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)精度，主要在頻率偏差工況改善諧波的跟蹤控制及補償效果；3、本發(fā)明所提出的考慮電網(wǎng)頻率偏差的多模重復控制器，通過在適用于頻率偏差工況的重復控制通路中添加頻率偏差調節(jié)系數(shù)，能夠改善多模重復控制器在頻率偏差工況的穩(wěn)定性，提高多模重復控制器在頻率偏差工況的穩(wěn)態(tài)精度。
【附圖說明】
[0021]圖1是考慮電網(wǎng)頻率偏差的多模重復控制器的結構圖。
[0022]圖2是考慮電網(wǎng)頻率偏差的多模重復控制器的幅頻特性圖。
[0023]圖3是在標稱頻率工況下，基于僅含適用于標稱頻率重復控制通路的重復控制器的有源電力濾波器補償后，電網(wǎng)側電流的波形圖及其頻譜分析圖。
[0024]圖4是在標稱頻率工況下，基于所提出的考慮電網(wǎng)頻率偏差的多模重復控制器的有源電力濾波器補償后，電網(wǎng)側電流的波形圖及其頻譜分析圖。
[0025]圖5是在頻率偏高工況下，基于僅含適用于標稱頻率重復控制通路的重復控制器的有源電力濾波器補償后，電網(wǎng)側電流的波形圖及其頻譜分析圖。
[0026]圖6是在頻率偏高工況下，基于所提出的考慮電網(wǎng)頻率偏差的多模重復控制器的有源電力濾波器補償后，電網(wǎng)側電流的波形圖及其頻譜分析圖。
[0027]圖7是在頻率負偏差工況下，基于僅含適用于標稱頻率重復控制通路的重復控制器的有源電力濾波器補償后，電網(wǎng)側電流的波形圖及其頻譜分析圖。
[0028]圖8是在頻率負偏差工況下，基于所提出的考慮電網(wǎng)頻率偏差的多模重復控制器的有源電力濾波器補償后，電網(wǎng)側的電流波形圖及其頻譜分析圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖對發(fā)明的技術方案作詳細說明。
[0030]圖1所示為本發(fā)明所提出的考慮電網(wǎng)頻率偏差的多模重復控制器的結構圖，包括:
[0031]一個比例控制通路:取諧波指令e作為輸入量；
[0032]多個相并聯(lián)的重復控制通路:取諧波指令e作為輸入量，該重復控制通路輸出量同時接第二加法器，累加后的輸出量接第一加法器與比例控制通路的輸出量累加，得到多模重復控制器的綜合輸出量；
[0033]其中，多個相并聯(lián)的重復控制通路由多個結構相同的控制通路構成，所述每個控制通路均包括系數(shù)為Ksl的重復控制增益模塊、系數(shù)為K dl的頻率偏差調節(jié)模塊、第三加法器、系數(shù)為Kfl的反饋衰減模塊、兩個延時環(huán)節(jié)；并聯(lián)方式為每個重復控制通路的輸入側均取諧波指令e作為參考信號，依次串接重復控制增益模塊、頻率偏差調節(jié)模塊，頻率偏差調節(jié)模塊的輸出端與反饋衰減模塊的輸出端連接第三加法器的輸入端，第三加法器的輸出端接第一延時環(huán)節(jié)和第二延時環(huán)節(jié)的輸入端，然后第一延時環(huán)節(jié)的輸出端接反饋衰減模塊的輸入端，第二延時環(huán)節(jié)的輸出端接第二加法器的輸入端。
[0034]圖中，e為重復控制器的輸入量，u為多模重復控制器的輸出量。正