CN107919789A - 一种并网变流器电流比例积分重复控制改进方法 - Google Patents

一种并网变流器电流比例积分重复控制改进方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种并网变流器电流比例积分重复控制改进方法，将重复控制算法部分的稳态输出，观察稳态时重复控制器的输出最大值和最小值，将输出最大值和最小值作为输入误差信号的限幅值，将限幅之后的误差信号输入进重复控制算法。由于重复控制主要针对稳态误差，动态过程的控制主要由PI来实现，采用本方法，限制了动态过程中重复控制的误差累积，使重复控制器在N拍内接受的误差突变量减小，从而不会在一个基波周期后产生干扰控制量，消除了并网变流动态过程中的畸变，且不影响动态控制特性。

Description

一种并网变流器电流比例积分重复控制改进方法
技术领域
本发明属于电力电子领域，具体涉及一种并网变流器电流比例积分重复控制改进方法。
背景技术
随着新能源并网发电系统的应用越来越广泛，并网电流质量越来越受到关注。为防止污染电网，国内外众多标准都对并网电流质量提出了较高要求。在并网系统中，变流器是其核心部件，因此，针对并网变流器的电流控制技术引起了广泛关注。
目前已有的且具备一定工程应用基础的并网变流器电流控制技术有如下几种：
1)比例积分(PI)控制；
2)比例谐振(PR)控制；
3)无差拍(DB)控制；
4)滑膜(SM)控制；
5)重复(RC)控制等。
传统PI或PR等控制难以满足应用需求，且无差拍或滑模控制实用性不强，而重复控制能够对周期性谐波信号起到良好的控制作用，在并网变流器中得到了广泛应用。
重复控制基于内模原理，主要针对周期性及其整数倍信号进行控制，具体实现方法是将当前输入信号延迟一个周期，将其输出信号正反馈叠加至输入端，因此可以重构输入信号，使得控制器中包含输入信号的内模，实现对输入信号的无稳态误差跟踪。但是因为需要一个周期的延时，其缺点也非常明显，系统的动态响应速度非常慢。目前主要通过与其他控制器相结合，重复控制器负责改善稳态控制精度，叠加的控制器负责提高动态响应速度，可取得了较好的动态和稳态性能。目前较为成熟的方法是与比例积分控制器结合，即采用比例积分+重复控制：比例积分控制器在重复控制尚未起作用的第一个周期中，负责提高系统的动态响应速度；第二个周期之后，通过重复控制器进行稳态控制精度的矫正。
并网变流器电流比例积分+重复控制将误差信号同时送给比例积分控制器和重复控制器，两个控制器的输出叠加后作为控制指令输出，如图1所示。
从重复控制器的结构可以看出，重复控制器实际上每隔N拍(N个采样周期，一个基波周期)对误差进行一次累积。而比例积分控制器则是每个1拍(1个采样周期)对误差进行一次累积，两个控制器的动态响应速度存在差异。当指令突变或者由于干扰引起的反馈突变导致误差e(z)突变时，比例积分控制器能够快速响应，很快进入稳态，但重复控制器在N拍内接受了误差突变量，在一个基波周期后产生干扰控制量，继而使控制量发生突变，并网电流发生畸变。如此循环往复后，由于系统的阻尼作用，并网电流瞬态突变的幅值会随着动态过程而衰减，最终进入稳态。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种并网变流器电流比例积分重复控制改进方法，对重复控制部分做改进，以避免两种控制算法响应速度不同导致的并网电流在动态过程中的畸变问题。
本发明采用以下技术方案：
一种并网变流器电流比例积分重复控制改进方法，将重复控制算法部分的稳态输出，观察稳态时重复控制器的输出最大值和最小值，将输出最大值和最小值作为输入误差信号的限幅值，将限幅之后的误差信号输入进重复控制算法。
优选的，包括以下步骤：
S1、分别对初始化误差信号e(z)的限幅值emax、emin进行标幺；
S2、计算稳态下k个基波周期内重复控制器的输出最大值及输出最小值；
S3、用输出最大值及输出最小值对输入误差信号e(z)进行限幅。
优选的，所述限幅值emax、emin分别为+1，-1。
优选的，计算稳态下k个基波周期内重复控制器的输出最大值和最小值作为输入误差信号的限幅值。
优选的，将所述k个基波周期的重复控制的输出值的最大值及最小值分别赋值给emax、emin。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明并网变流器电流比例积分+重复控制改进方法，将重复控制算法部分的稳态输出，观察稳态时重复控制器的输出最大值和最小值，将输出最大值和最小值作为输入误差信号的限幅值，将限幅之后的误差信号输入进重复控制算法，由于重复控制主要针对稳态误差，动态过程的控制主要由比例积分来实现，观察稳态时重复控制器的输出最大值和最小值并作为限幅值，既可确保重复控制器的输出值不会被限制得太小，影响其稳态输出，又可以限制其输出，以避免动态过程中两种控制算法响应速度不同导致的并网电流在动态过程中的畸变问题。
进一步的，设置k个基波周期内即为其稳态时的输出，若只采用1个基波周期的极值作为限幅值，可能会导致限幅值较小，从而影响控制效果，取k个基波周期的最大值和最小值作为限幅值，既不会因为限幅值过小影响控制效果，也不会因为限幅值过大，控制量发生突变。
综上所述，本发明限制了动态过程中重复控制的误差累积，使重复控制器在N拍内接受的误差突变量减小，从而不会在一个基波周期后产生干扰控制量，消除了并网变流动态过程中的畸变，且不影响动态控制特性。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为现有并网变流器电流PI+重复控制算法框图；
图2为本发明并网变流器电流PI+重复控制改进控制算法框图；
图3为本发明实施效果仿真图，其中，(a)为未采用本方法的示意图，(b)为采用本方法的示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种并网变流器电流比例积分重复控制改进方法，将重复控制算法部分的稳态输出，在k个基波周期内，求得最大值和最小值，将其作为输入误差信号的限幅值，将限幅之后的误差信号输入进重复控制算法。
请参阅图2，本发明一种并网变流器电流比例积分重复控制改进方法，具体步骤如下：
步骤1：初始化误差信号e(z)的限幅值emax、emin分别为+1，-1(标幺)；
步骤2：计算k个基波周期的重复控制的输出值的最大值及最小值，分别赋值给emax、emin；
步骤3：用限幅值emax、emin对输入误差信号e(z)进行限幅。
优选的，为简化上述过程，可在实际使用过程中，观察稳态时重复控制器的输出最大及最小值，将该值作为限幅值，不需要动态更新。这样会简化算法，但会部分影响实施效果。
当指令突变或者由于干扰引起的反馈突变导致误差e(z)突变时，突变量经过Q(z)z-N环节，也即延时一个基波周期后再叠加到输入通道，产生干扰控制量，继而使控制量再次发生突变，并网电流发生畸变。在误差e(z)突变时，PI控制器能够快速响应，系统已经进入稳态，采用观察稳态时重复控制器的输出最大值和最小值并作为限幅值，相当于屏蔽了重复控制器的误差e(z)突变，使其只响应稳态控制误差，使得PI控制器与重复控制器控制解耦，分别发挥其动态及稳态控制优势。
为充分说明本发明的实施效果，以1台50kW、400V并网变流器为实施例，仿真对比了并网电流从0.1倍额定突变到1倍额定时，并网电流的动态波形，如图3所示，从图中可以看出，未采用本发明方案时，并网电流在指令突变后，电流发生畸变，在约4个电网周期后才逐步恢复稳定；采用本发明方案后，并网电流几乎无畸变，效果良好。
综上所述，由于重复控制主要针对稳态误差，动态过程的控制主要由PI来实现，本发明一种并网变流器电流比例积分重复控制改进方法，限制了动态过程中重复控制的误差累积，使重复控制器在N拍内接受的误差突变量减小，从而不会在一个基波周期后产生干扰控制量，消除了并网变流动态过程中的畸变，且不影响动态控制特性。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种并网变流器电流比例积分重复控制改进方法，其特征在于，将重复控制算法部分的稳态输出，观察稳态时重复控制器的输出最大值和最小值，将输出最大值和最小值作为输入误差信号的限幅值，将限幅之后的误差信号输入进重复控制算法。
2.根据权利要求1所述的一种并网变流器电流比例积分重复控制改进方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、分别对初始化误差信号e(z)的限幅值emax、emin进行标幺；
S2、计算稳态下k个基波周期内重复控制器的输出最大值及输出最小值；
S3、用输出最大值及输出最小值对输入误差信号e(z)进行限幅。
3.根据权利要求2所述的一种并网变流器电流比例积分重复控制改进方法，其特征在于，步骤S1中，所述限幅值emax、emin分别为+1，-1。
4.根据权利要求2所述的一种并网变流器电流比例积分重复控制改进方法，其特征在于，步骤S2中，将所述k个基波周期的重复控制的输出值的最大值及最小值分别赋值给emax、emin。
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