一種用于離網(wǎng)逆變器的重復(fù)控制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于離網(wǎng)逆變器的重復(fù)控制技術(shù)領(lǐng)域，適用于離網(wǎng)逆變器的輸出 電壓無靜差數(shù)字控制。
【背景技術(shù)】
[0002] 離網(wǎng)逆變器的輸出電壓及輸出電壓總諧波畸變率是衡量逆變器性能的關(guān)鍵指 標(biāo)。得益于數(shù)字控制技術(shù)的快速發(fā)展，一些基于現(xiàn)代控制理論與智能控制策略的數(shù)字控 制技術(shù)和控制思想已在逆變器控制中得以實(shí)現(xiàn)，如數(shù)字PID((比例（proportion)、積分 (integration)、微分（differentiation))控制器控制無差拍控制、智能控制重復(fù)控制等。
[0003] 數(shù)字PID控制算法簡(jiǎn)單，參數(shù)易于整定，具有較強(qiáng)的魯棒性。但由于逆變器輸出波 形是中、低頻正弦波，該控制算法不能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)無靜差。無差拍控制是一種基于微處理器的 PffM控制方法，其控制算法以指令化語句完成，適合利用數(shù)字系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。但無差拍控制建立 在被控對(duì)象精確離散數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，對(duì)系統(tǒng)參數(shù)變動(dòng)反應(yīng)靈敏，系統(tǒng)魯棒性差，瞬間超 調(diào)量較大。
[0004] 重復(fù)控制基于內(nèi)模原理，其基本原理是假定前一基波周期出現(xiàn)的波形畸變會(huì)在下 一個(gè)基波周期重復(fù)出現(xiàn)，通過將本周期的誤差信號(hào)經(jīng)延時(shí)后于下一基波周期疊加在控制對(duì) 象上，消除周期性畸變，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)無靜差控制效果。但其動(dòng)態(tài)特性不理想，在實(shí)際應(yīng)用中常 與其他的控制方法配合或通過減小重復(fù)控制延時(shí)來提高系統(tǒng)的綜合性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 現(xiàn)有技術(shù)中重復(fù)控制在原理上可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)無靜差，但單純的延遲環(huán)節(jié)會(huì)給系統(tǒng) 帶來穩(wěn)定性問題；另外，傳統(tǒng)的重復(fù)控制器的控制作用在一個(gè)基波周期后才能生效，動(dòng)態(tài)性 能很差；需要附加補(bǔ)償環(huán)節(jié)以解決上述問題。另外，還需要考慮盡可能在控制器性能和系統(tǒng) 成本之間取得平衡。為了克服上述的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明的目的在于提供了一種用于離網(wǎng) 逆變器的重復(fù)控制系統(tǒng)及方法。
[0006] 本發(fā)明的第一個(gè)目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0007] -種用于離網(wǎng)逆變器的重復(fù)控制系統(tǒng)，所述重復(fù)控制系統(tǒng)包括：abc-dqO第一坐 標(biāo)變換環(huán)節(jié)和dqO-abc第二坐標(biāo)變換環(huán)節(jié)、延遲環(huán)節(jié)zN、零相移低通濾波器0(z),、第一 相位校正環(huán)節(jié)0和增益常數(shù)&，其中，
[0008] 所述延遲環(huán)節(jié)zN用于信號(hào)的延遲；
[0009] 所述零相移低通濾波器用于對(duì)信號(hào)在不發(fā)生相移的情況下進(jìn)行低通濾 波；
[0010] 所述第一相位校正環(huán)節(jié)#用于消除其他環(huán)節(jié)造成的相位滯后；
[0011] 所述增益常數(shù)K1^用于在其他環(huán)節(jié)確定后對(duì)所述重復(fù)控制系統(tǒng)的增益進(jìn)行調(diào)整；
[0012] 所述abc-dqO第一坐標(biāo)變換環(huán)節(jié)用于將三相相電壓信號(hào)由abc坐標(biāo)系變換為dqO 坐標(biāo)系；
[0013] 所述dqO-abc第二坐標(biāo)變換環(huán)節(jié)用于將三相相電壓信號(hào)由dqO坐標(biāo)系變換為abc 坐標(biāo)系；
[0014] 所述重復(fù)控制系統(tǒng)的控制對(duì)象為逆變器，其脈沖傳遞函數(shù)為GJz)，所述重復(fù)控 制系統(tǒng)的輸入信號(hào)包括參考電壓I4(z)，輸出信號(hào)為所述逆變器輸出電壓U ci(Z)，電壓誤差 信號(hào)e (Z)依次經(jīng)過由所述延遲環(huán)節(jié)Zn和所述零相移低通濾波器0(Z)Z&組成的正反 饋環(huán)節(jié)、所述第一相位校正環(huán)節(jié)和所述增益常數(shù)K1^后產(chǎn)生電壓控制信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過 dqO-abc第二坐標(biāo)變換環(huán)節(jié)后輸出所述電壓控制信號(hào)給所述逆變器，所述逆變器輸出電壓 信號(hào)Uci(Z)與所述參考電壓I(Z)均經(jīng)過abc-dqO第一坐標(biāo)變換環(huán)節(jié)變換后進(jìn)行比較后輸 出所述電壓誤差信號(hào)e (z)，形成完整的負(fù)反饋閉環(huán)。
[0015] 優(yōu)選的，所述零相移低通濾波器0(2)，包括組合低通濾波器Q(Z)和第二相位校 正環(huán)節(jié)0，其中所述組合低通濾波器Q(Z)由一個(gè)二階橢圓低通濾波器與一個(gè)二階全通濾 波器級(jí)聯(lián)而成，所述第二相位校正環(huán)節(jié)中的第二超前階數(shù)k2根據(jù)所述組合低通濾波器 Q(z)在低頻段的設(shè)計(jì)群延時(shí)k2/fs確定。
[0016] 優(yōu)選的，所述延遲環(huán)節(jié)z ~中延遲環(huán)節(jié)階數(shù)N = LAfs，其中，匕是系統(tǒng)采樣頻率， fs是基波頻率，所述誤差信號(hào)e (Z)經(jīng)過延遲環(huán)節(jié)Z N延遲后，由零相移低通濾波進(jìn) 行低通濾波后疊加在下一個(gè)基波周期的誤差信號(hào)e (Z)上，起到消除誤差信號(hào)的作用。
[0017] 優(yōu)選的，所述第一相位校正環(huán)節(jié)0中第一超前階數(shù)4的取值為2或3。
[0018] 優(yōu)選的，所述增益常數(shù)心中K ^的取值范圍為0 < 1^< 2。
[0019] 優(yōu)選的，所述abc-dqO第一坐標(biāo)變換環(huán)節(jié)中abc-dqO坐標(biāo)變換方程為：
[0023] 其中，Va、Vb、Vc表示三相相電壓，V d、Vq、V。表示三相相電壓在dqO坐標(biāo)系下的各軸 電壓分量，《 = 2 Jr fs, t表示時(shí)間。
[0024] 優(yōu)選的，所述dqO-abc第二坐標(biāo)變換環(huán)節(jié)中dqO-abc坐標(biāo)變換方程為：
[0025] Va=Vd sinc〇t+Vq cos?t+V〇
[0028] 其中，Va、Vb、Vc表示三相相電壓，V d、Vq、V。表示三相相電壓在dqO坐標(biāo)系下的各軸 電壓分量，《 = 2 Jr fs, t表示時(shí)間。
[0029] 優(yōu)選的，所述逆變器的脈沖傳遞函數(shù)為GJz)用輸出二階LC濾波器和該LC濾波 器的輸出電容電壓微分負(fù)反饋環(huán)節(jié)構(gòu)成的等效脈沖傳遞函數(shù)表示，即
[0031] 其中，L是濾波器電感值，C是濾波器電容值，Kd是微分環(huán)節(jié)增益常數(shù)，將G Js)根 據(jù)系統(tǒng)采樣頻率A離散化后即可得到控制對(duì)象脈沖傳遞函數(shù)G。(z)。
[0032] 優(yōu)選的，所述重復(fù)控制系統(tǒng)的輸入信號(hào)還包括所述逆變器的負(fù)載電流擾動(dòng)d(z)。
[0033] 本發(fā)明的第二個(gè)目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0034] -種用于離網(wǎng)逆變器的重復(fù)控制系統(tǒng)的控制方法，包括下列步驟：
[0035] S1、所述電壓誤差信號(hào)e (Z)依次經(jīng)過由所述延遲環(huán)節(jié)z IP所述零相移低通濾波 器組成的正反饋環(huán)節(jié)，經(jīng)過所述延遲環(huán)節(jié)z N延遲后，由零相移低通濾波進(jìn) 行低通濾波后疊加在下一個(gè)基波周期的誤差信號(hào)e (Z)上，起到消除誤差信號(hào)的作用；
[0036] S2、經(jīng)過所述第一相位校正環(huán)節(jié)3消除所述重復(fù)控制系統(tǒng)中其他環(huán)節(jié)造成的相 位滯后；
[0037] S3、經(jīng)過所述增益常數(shù)K1^對(duì)所述重復(fù)控制系統(tǒng)的增益進(jìn)行調(diào)整并產(chǎn)生電壓控制信 號(hào)；
[0038] S4、所述電壓控制信號(hào)經(jīng)過所述dqO-abc第二坐標(biāo)變換環(huán)節(jié)后對(duì)所述逆變器進(jìn)行 電壓控制；
[0039] S5、所述逆變器的輸出電壓信號(hào)Uci(Z)與所述重復(fù)控制系統(tǒng)的輸入信號(hào)參考電壓 U 1Xz)均經(jīng)過所述abc-dqO第一坐標(biāo)變換環(huán)節(jié)變換后進(jìn)行比較后輸出所述電壓誤差信號(hào) e (z)，形成完整的負(fù)反饋閉環(huán)。
[0040] 本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果：
[0041] (1)本發(fā)明提出的用于離網(wǎng)逆變器的重復(fù)控制系統(tǒng)利用二階LC濾波器輸出電容 電壓微分環(huán)節(jié)，免去了電流傳感器的使用，降低了系統(tǒng)成本，增強(qiáng)了系統(tǒng)穩(wěn)定性。
[0042] (2)本發(fā)明提出的用于離網(wǎng)逆變器的重復(fù)控制系統(tǒng)將重復(fù)控制器的延遲時(shí)間降為 半個(gè)基波周期，結(jié)合坐標(biāo)變換使重復(fù)控制器能夠抑制低頻奇數(shù)次諧波，既保證了諧波抑制 性能，又改善了重復(fù)控制器的動(dòng)態(tài)性能。
【附圖說明】
[0043] 圖1是本發(fā)明中提出的用于離網(wǎng)逆變器的重復(fù)控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)框圖；
[0044] 圖2是本發(fā)明中提出的用于離網(wǎng)逆變器的重復(fù)控制系統(tǒng)的逆變器帶50kW阻性負(fù) 載時(shí)的仿真輸出線電壓波形圖；
[0045] 圖3是本發(fā)明中提出的用于離網(wǎng)逆變器的重復(fù)控制系統(tǒng)的逆變器帶50kW阻性負(fù) 載+IOkW三相整流負(fù)載+IOkW不對(duì)稱整流負(fù)載時(shí)的仿真輸出線電壓波形圖；
[0046] 圖4是本發(fā)明中提出的用于離網(wǎng)逆變器的重復(fù)控制系統(tǒng)的逆變器帶50kW阻性負(fù) 載在0. 2s時(shí)突加IOkW三相整流負(fù)載情況下的仿真輸出線電壓波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0047] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實(shí)施例對(duì) 本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用 于限定本發(fā)明。
[0048] 本發(fā)明的說明書和權(quán)利要求書及上述附圖中的術(shù)語"第一"、"第二"、"第三"和"第 四"等是用于區(qū)別不同對(duì)象，而不是用于描述特定順序。此外，術(shù)語"包括"和"具有"以及 它們?nèi)魏巫冃危鈭D在于覆蓋不排他的包含。例如包含了一系列步驟或單元的過程、方法、 系統(tǒng)、產(chǎn)品或設(shè)備沒有限定于已列出的步驟或單元，而是可選地還包括沒有列出的步驟或 單元，或可選地還包括對(duì)于這些過程、方法、產(chǎn)品或設(shè)備固有的其它步驟或單元。
[0049] 實(shí)施例
[0050] 圖1是重復(fù)控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)框圖。其中，控制器部分包括：abc-dqO第一坐標(biāo) 變換環(huán)節(jié)和dqO-abc第二坐標(biāo)變換環(huán)節(jié)、延遲環(huán)節(jié)z N、零相移低通濾波器Oh)#、第一相 位校正環(huán)節(jié)?和增益常數(shù)心。
[0051] 其中，
[0052] 1)延遲環(huán)節(jié)z N，延遲環(huán)節(jié)階數(shù)N = 是系統(tǒng)采樣頻率，f s是基波頻率。延 遲環(huán)節(jié)zN起信號(hào)延遲作用。
[0053] 2)零相移低通濾波器其中組合低通濾波器Q(z)由一個(gè)二階橢圓低通濾 波器與一個(gè)二階全通濾波器級(jí)聯(lián)而成，第二相位校正環(huán)節(jié)中的第二超前階數(shù)k2根據(jù)組 合低通濾波器Q(Z)在低頻段的設(shè)計(jì)群延時(shí)匕/%確定。組合低通濾波器Q(Z)和第二相位 校正環(huán)節(jié)#組合構(gòu)成了零相移低通濾波器，其脈沖傳遞函數(shù)表示為0(4#。
[0054] 誤差信號(hào)e (Z)經(jīng)過延遲環(huán)節(jié)z N延遲后，由零相移低通濾波0(2>i:進(jìn)行低通濾 波后疊加在下一個(gè)基波周期的誤差信號(hào)e (z)上，起到消除誤差信號(hào)的作用。
[0055] 3)第一相位校正環(huán)節(jié)第一超前階數(shù)Ic1 一般取2或3。
[0056] 4)增益常數(shù)心，0 <心< 2。K月于在其他環(huán)節(jié)確定后對(duì)控制器的增益進(jìn)行調(diào)整， 較小的K1^能夠保證系統(tǒng)穩(wěn)定性，其值不能大于2。
[0057] 5)abc-dqO第一坐標(biāo)變換環(huán)節(jié)和dq〇-abc第二坐標(biāo)變換環(huán)節(jié)。abc坐標(biāo)系是根據(jù) 三相對(duì)稱電信號(hào)的相量關(guān)系定義的坐標(biāo)系，即以靜止的a軸作為參考軸，b軸和c軸分別逆 時(shí)針超前a軸120°和240° ;dq0坐標(biāo)系以基波頻率fs逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，q軸逆時(shí)針領(lǐng)先d軸 90°，初始時(shí)刻d軸與a軸重合，0軸分量只有當(dāng)三相電信號(hào)不平衡時(shí)存在。abc-dqO坐標(biāo) 變換方程為：
[0061] 其中，Va、Vb、Vc表示三相相電壓，V d、Vq、V。表示三相相電壓在dqO坐標(biāo)系下的各軸 電壓分量，w = 2 JT fs, t表不時(shí)間；dq〇-abc坐標(biāo)變換方程為：
[0065] 6) z ~和組合為一正反饋環(huán)節(jié)，0(z)z&