;位于正反饋通路上；電壓誤差信號(hào) e (z)依次經(jīng)過(guò)由z IP aw#組成的正反饋環(huán)節(jié)、0、&后產(chǎn)生電壓控制信號(hào)，該信號(hào)經(jīng) 過(guò)dqO-abc坐標(biāo)變換后作用于控制對(duì)象，即逆變器，所述逆變器表示為脈沖傳遞函數(shù)G。(z); 輸出電壓信號(hào)Uci(Z)與參考電壓Ur(Z)均經(jīng)過(guò)abc-dqO變換后進(jìn)行比較后輸出電壓誤差信 號(hào)e (z)，形成完整的負(fù)反饋閉環(huán)。
[0066] z、信號(hào)延遲作用，誤差信號(hào)e (Z)經(jīng)過(guò)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。第二相位校正環(huán)節(jié)#用于消除Q⑴會(huì)帶來(lái)的低頻相位滯后，使2^)#在低頻段 實(shí)現(xiàn)零相移，在確?？刂破鲗?shí)現(xiàn)無(wú)靜差的前提下不影響穩(wěn)定性。&用于在其他環(huán)節(jié)確定后 對(duì)控制器的增益進(jìn)行調(diào)整，較小的心能夠保證系統(tǒng)穩(wěn)定性，其值不能大于2。
[0067] 7)作為控制對(duì)象的逆變器的輸出二階LC濾波器需要與零相移低通濾波 進(jìn)行頻率配合，其需能抑制由于加入后重復(fù)控制器無(wú)法抑制的高頻諧波，根據(jù)其 截止頻率可以設(shè)計(jì)出濾波器電感值L和濾波器電容值C的數(shù)值。另外，在逆變器的輸出二階 LC濾波器兩端加入輸出電容電壓微分環(huán)節(jié)作為負(fù)反饋，濾波電容輸出電壓的微分就相當(dāng)于 電容電流，可以免去電流傳感器的使用?？刂茖?duì)象的傳遞函數(shù)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)成的等效傳遞函數(shù)表示，即
[0069] 其中，Kd是微分環(huán)節(jié)增益常數(shù)，通過(guò)適當(dāng)調(diào)整1(,可以調(diào)整GJs)的阻尼比I，抑制 G。U頻域響應(yīng)的諧振尖峰，增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性。在已知L和C的情況下，
將G。(s) 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)Gjz)。GJz)造成的低頻 相位滯后由第一相位校正環(huán)節(jié)0進(jìn)行校正，第一超前階數(shù)Ic1 一般取2或3可滿足要求。
[0070] 圖2是逆變器帶阻性負(fù)載50kW時(shí)的仿真輸出線電壓波形圖。在MATLAB/Simulink 中搭建仿真模型，設(shè)計(jì)參數(shù)為 fs= 50Hz、f 10kHz、C = 7.5X10 5C，L = 5.277X 10 4H、 Ic1 =3、k2=6、K1=I, I = 0. 707、逆變器輸出二階LC濾波器截止頻率800Hz、橢圓濾波 器截止頻率650Hz、波紋幅度0. 04dB。輸出電壓總諧波畸變率僅為1. 55%，說(shuō)明控制器在逆 變器帶線性負(fù)載時(shí)具有出色的穩(wěn)態(tài)性能。
[0071] 圖3是逆變器帶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。輸出電壓總諧波畸變率僅為3. 20%，說(shuō)明控制器在逆變器帶非線 性負(fù)載和不對(duì)稱負(fù)載時(shí)，能有效抑制這兩類負(fù)載產(chǎn)生的奇數(shù)次諧波，穩(wěn)態(tài)性能依然出色。
[0072] 圖4是逆變器帶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。在〇. 2s后控制器經(jīng)過(guò)半個(gè)基波周期后開(kāi)始作用，穩(wěn)定后輸出電壓總諧 波畸變率僅為2. 50%，說(shuō)明控制器在逆變器所帶負(fù)載發(fā)生突變時(shí)，動(dòng)態(tài)性能符合預(yù)期，相比 傳統(tǒng)重復(fù)控制一個(gè)基波周期的控制延時(shí)，控制延時(shí)減小了 50%。
[0073] 如上所述，本實(shí)施例還提供一種用于離網(wǎng)逆變器的重復(fù)控制系統(tǒng)的控制方法，包 括下列步驟：
[0074] S1、所述電壓誤差信號(hào)e (Z)依次經(jīng)過(guò)由所述延遲環(huán)節(jié)z IP所述零相移低通濾波 器0(z),組成的正反饋環(huán)節(jié)，經(jīng)過(guò)所述延遲環(huán)節(jié)z N延遲后，由零相移低通濾波0(z)z&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；
[0075] S2、經(jīng)過(guò)所述第一相位校正環(huán)節(jié)0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；
[0076] S3、經(jīng)過(guò)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)；
[0077] S4、所述電壓控制信號(hào)經(jīng)過(guò)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；
[0078] 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(guò)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)。
[0079] 綜上所述，本實(shí)施例公開(kāi)的一種用于離網(wǎng)逆變系統(tǒng)的重復(fù)控制系統(tǒng)及方法，可以 實(shí)現(xiàn)逆變器穩(wěn)態(tài)輸出電壓無(wú)靜差，同時(shí)有效降低逆變器帶非線性或不對(duì)稱負(fù)載時(shí)的輸出電 壓總諧波畸變率；通過(guò)降低延遲環(huán)節(jié)階數(shù)N的數(shù)值、加入零相移低通濾波器和濾波 電容電壓微分反饋環(huán)節(jié)，提高了控制器的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)性能，降低了控制系統(tǒng)的成本。
[0080] 上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的 限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于離網(wǎng)逆變器的重復(fù)控制系統(tǒng)，其特征在于，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dq〇-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 z) 土、第一相位校正環(huán)節(jié)一和增益常數(shù)心，其中， 所述延遲環(huán)節(jié)z N用于信號(hào)的延遲； 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； 所述第一相位校正環(huán)節(jié)Z1用于消除其他環(huán)節(jié)造成的相位滯后； 所述增益常數(shù)&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； 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； 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； 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14(ζ)，輸出信號(hào)為所述逆變器輸出電壓Uci(Z)，電壓誤差信號(hào) ε (z)依次經(jīng)過(guò)由所述延遲環(huán)節(jié)Zn和所述零相移低通濾波器組成的正反饋環(huán)節(jié)、 所述第一相位校正環(huán)節(jié)0和所述增益常數(shù)&后產(chǎn)生電壓控制信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)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(guò)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)ε (z)，形成完整的負(fù)反饋閉環(huán)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于離網(wǎng)逆變器的重復(fù)控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述零相移低通濾波器βμ；)#包括組合低通濾波器Q (ζ)和第二相位校正環(huán)節(jié)， 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 (ζ)在低頻 段的設(shè)計(jì)群延時(shí)k2/fs確定。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于離網(wǎng)逆變器的重復(fù)控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述延遲環(huán)節(jié)z ~中延遲環(huán)節(jié)階數(shù)N = f i/2fs，其中，t是系統(tǒng)采樣頻率，f 3是基波頻 率，所述誤差信號(hào)ε (z)經(jīng)過(guò)延遲環(huán)節(jié)z N延遲后，由零相移低通濾波0(2)#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)ε (z)上，起到消除誤差信號(hào)的作用。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于離網(wǎng)逆變器的重復(fù)控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述第一相位校正環(huán)節(jié)#中第一超前階數(shù)4的取值為2或3。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于離網(wǎng)逆變器的重復(fù)控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述增益常數(shù)心中K ^的取值范圍為0 <L< 2。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于離網(wǎng)逆變器的重復(fù)控制系統(tǒng)，其特征在于， 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：CN 105162341 A '丨入 ?1J ^ IJ 2/2 貝其中，Va、Vb、V。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，ω = 2 π fs, t表示時(shí)間。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于離網(wǎng)逆變器的重復(fù)控制系統(tǒng)，其特征在于， 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：其中，Va、Vb、V。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，ω = 2 π fs, t表示時(shí)間。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于離網(wǎng)逆變器的重復(fù)控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述逆變器的脈沖傳遞函數(shù)為G。(z)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，BP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)。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于離網(wǎng)逆變器的重復(fù)控制系統(tǒng)，其特征在于， 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)。10. 根據(jù)權(quán)利要求1至9任一所述一種用于離網(wǎng)逆變器的重復(fù)控制系統(tǒng)的控制方法，其 特征在于，包括下列步驟： 51、 所述電壓誤差信號(hào)ε (z)依次經(jīng)過(guò)由所述延遲環(huán)節(jié)Zn和所述零相移低通濾波器 0(4,組成的正反饋環(huán)節(jié)，經(jīng)過(guò)所述延遲環(huán)節(jié)ζ Ν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)ε (ζ)上，起到消除誤差信號(hào)的作用； 52、 經(jīng)過(guò)所述第一相位校正環(huán)節(jié)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； 53、 經(jīng)過(guò)所述增益常數(shù)&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)； 54、 所述電壓控制信號(hào)經(jīng)過(guò)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； 55、 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14 (z) 均經(jīng)過(guò)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)ε (Z)， 形成完整的負(fù)反饋閉環(huán)。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種基于離網(wǎng)逆變器的重復(fù)控制系統(tǒng)及方法，其重復(fù)控制系統(tǒng)包括abc-dq0第一坐標(biāo)變換環(huán)節(jié)和dq0-abc第二坐標(biāo)變換環(huán)節(jié)、延遲環(huán)節(jié)z-N、零相移低通濾波器第一相位校正環(huán)節(jié)和增益常數(shù)Kr，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Gc(z)，重復(fù)控制系統(tǒng)的輸入信號(hào)包括參考電壓Ur(z)，輸出信號(hào)為逆變器輸出電壓Uo(z)，電壓誤差信號(hào)ε(z)依次經(jīng)過(guò)由延遲環(huán)節(jié)z-N和零相移低通濾波器組成的正反饋環(huán)節(jié)、第一相位校正環(huán)節(jié)和增益常數(shù)Kr后產(chǎn)生電壓控制信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)dq0-abc第二坐標(biāo)變換環(huán)節(jié)后輸出電壓控制信號(hào)給逆變器，逆變器輸出電壓信號(hào)Uo(z)與參考電壓Ur(z)均經(jīng)過(guò)abc-dq0第一坐標(biāo)變換環(huán)節(jié)變換后進(jìn)行比較后輸出電壓誤差信號(hào)ε(z)，形成完整負(fù)反饋閉環(huán)。
【IPC分類】H02M7/42, H02M1/12
【公開(kāi)號(hào)】CN105162341
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510645508
【發(fā)明人】康龍?jiān)? 陳凌宇, 李文彪
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年12月16日
【申請(qǐng)日】2015年9月30日