CN111525551A - 一种不平衡电网电压下整流器的目标控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种不平衡电网电压下整流器的目标控制方法和系统。该方法包括：获取整流器的电信号和不平衡电网下dq坐标系正负序复矢量模型；采用派克变换，根据电信号和dq坐标系正负序复矢量模型确定dq轴的电流分量和dq轴的电压分量；采用二次谐波滤除法根据电流分量和电压分量确定三相电流信号在dq轴上的正负序电流分量和dq轴上的正负序电压分量；根据正负序电流分量和正负序电压分量针对不同的控制目标生成不同的目标控制模型；根据所述目标控制模型控制所述整流器。本发明通过针对不同的控制目标构建不同的目标控制模型，解决了现有技术中的控制模式单一的问题。且生成抑制整流器交流负序电流控制模型，使得整个控制方法具有良好的控制效果。

Description

一种不平衡电网电压下整流器的目标控制方法和系统

技术领域

本发明涉及整流器控制领域，特别是涉及一种不平衡电网电压下整流器的目标控制方法和系统。

背景技术

在电网电压处于不平衡条件下时，电动势谐波分量会干扰到系统的正常运行，严重时甚至会烧毁整流器设备。在不平衡电网条件下的整流器控制目标实现中，以抑制负序电流为控制目标时，传统的dq轴电流控制只考虑正序电流环，控制效果不佳。

并且现有技术中，在对整流器进行控制的过程中，控制模式比较单一，也不能达到良好的控制效果。

因此，提供一种具有良好控制效果的整流器目标控制方法是本领域亟待解决的一个技术难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有良好控制效果的不平衡电网电压下整流器的目标控制方法和系统。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种不平衡电网电压下整流器的目标控制方法，包括：

获取整流器的电信号和不平衡电网下dq坐标系正负序复矢量模型；所述电信号包括：三相交流电压信号和三相交流电流信号；

采用派克变换，根据所述电信号和所述dq坐标系正负序复矢量模型确定dq轴的电流分量和dq轴的电压分量；

采用二次谐波滤除法根据所述电流分量和所述电压分量确定所述三相电流信号在dq轴上的正负序电流分量和dq轴上的正负序电压分量；

根据所述正负序电流分量和所述正负序电压分量针对不同的控制目标生成不同的目标控制模型；所述控制目标包括：负序电流控制目标、有功功率二次谐波分量控制目标和无功功率二次谐波控制目标；所述目标控制模型包括：抑制整流器交流负序电流控制模型、抑制整流器有功功率二次谐波分量控制模型和抑制整流器无功功率二次谐波控制模型；

根据所述目标控制模型控制所述整流器。

优选的，所述抑制整流器交流负序电流控制模型对所述整流器的控制过程具体包括：

获取预设负序电流期望值、电压环PI调节器参数和期望电压值获取预设负序电流期望值、电压环PI调节器参数和期望电压值；所述负序电流期望值为0；所述电压环PI调节器参数包括电压环PI调节器的比例和电压环PI调节器的积分常数；

根据所述电压环PI调节器参数和期望电压值确定有功平均功率期望值和无功平均功率期望值；所述无功平均功率期望值为0；

根据所述有功平均功率期望值和无功平均功率期望值确定正序电流期望值；

根据所述正序电流期望值和所述负序电流期望值，通过电压定向电流解耦控制算法或前馈解耦控制算法确定正负序电流相对应的内环电压控制指令；

根据所述正负序电流相对应的内环电压控制指令生成控制信号，以实现对所述整流器的控制。

优选的，所述抑制整流器有功功率二次谐波分量控制模型对所述整流器的控制过程具体包括：

获取有功余弦二次谐波分量期望值、有功正弦二次谐波分量期望值和有功平均功率期望值和无功平均功率期望值；所述有功余弦二次谐波分量期望值、所述有功正弦二次谐波分量期望值和所述无功平均功率期望值均为0；

根据所述预设的有功余弦二次谐波分量期望值、所述预设的有功正弦二次谐波分量期望值、所述有功平均功率期望值和所述无功平均功率期望值，确定正负序电流的期望值；

根据所述正负序电流的期望值通过电压定向电流解耦控制算法或前馈解耦控制算法确定正负序电流相对应的内环电压控制指令；

根据所述正负序电流相对应的内环电压控制指令生成控制信号，以实现对所述整流器的控制。

优选的，所述抑制整流器无功功率二次谐波控制模型对所述整流器的控制过程具体包括：

获取无功功率二次谐波分量期望值、有功平均功率期望值和无功平均功率期望值；所述无功功率二次谐波分量期望值和所述无功平均功率期望值均为0；

根据所述无功功率二次谐波分量期望值、所述有功平均功率期望值和所述无功平均功率期望值，确定正负序电流的期望值；

根据所述正负序电流的期望值通过电压定向电流解耦控制算法或前馈解耦控制算法确定正负序电流相对应的内环电压控制指令；

根据所述正负序电流相对应的内环电压控制指令生成控制信号，以实现对所述整流器的控制。

一种不平衡电网电压下整流器的目标控制系统，包括：

获取模块，用于获取整流器的电信号和不平衡电网下dq坐标系正负序复矢量模型；所述电信号包括：三相交流电压信号和三相交流电流信号；

分量确定模块，用于采用派克变换，根据所述电信号和所述dq坐标系正负序复矢量模型确定dq轴的电流分量和dq轴的电压分量；

正负序分量确定模块，用于采用二次谐波滤除法根据所述电流分量和所述电压分量确定所述三相电流信号在dq轴上的正负序电流分量和dq轴上的正负序电压分量；

目标控制模型生成模块，用于根据所述正负序电流分量和所述正负序电压分量针对不同的控制目标生成不同的目标控制模型；所述控制目标包括：负序电流控制目标、有功功率二次谐波分量控制目标和无功功率二次谐波控制目标；所述目标控制模型包括：抑制整流器交流负序电流控制模型、抑制整流器有功功率二次谐波分量控制模型和抑制整流器无功功率二次谐波控制模型；

整流器控制模块，用于根据所述目标控制模型控制所述整流器。

优选的，所述目标控制模型生成模块包括抑制整流器交流负序电流控制模型控制单元、抑制整流器有功功率二次谐波分量控制单元和抑制整流器无功功率二次谐波控制单元。

优选的，所述抑制整流器交流负序电流控制模型控制单元具体包括：

第一获取子单元，用于获取预设负序电流期望值、电压环PI调节器参数和期望电压值；所述负序电流期望值为0；所述电压环PI调节器参数包括电压环PI调节器的比例和电压环PI调节器的积分常数；

期望值确定子单元，用于根据所述电压环PI调节器参数和期望电压值确定有功平均功率期望值和无功平均功率期望值；所述无功平均功率期望值为0；

第一正序电流期望值确定子单元，用于根据所述有功平均功率期望值和无功平均功率期望值确定正序电流期望值；

第一内环电压控制指令确定子单元，用于根据所述正序电流期望值和所述负序电流期望值，通过电压定向电流解耦控制算法或前馈解耦控制算法确定正负序电流相对应的内环电压控制指令；

第一控制信号生成子单元，用于根据所述正负序电流相对应的内环电压控制指令生成控制信号，以实现对所述整流器的控制。

优选的，所述抑制整流器有功功率二次谐波分量控制单元具体包括：

第二获取子单元，用于获取有功余弦二次谐波分量期望值、有功正弦二次谐波分量期望值和有功平均功率期望值和无功平均功率期望值；所述有功余弦二次谐波分量期望值、所述有功正弦二次谐波分量期望值和所述无功平均功率期望值均为0；

第二正序电流期望值确定子单元，用于根据所述预设的有功余弦二次谐波分量期望值、所述预设的有功正弦二次谐波分量期望值、所述有功平均功率期望值和所述无功平均功率期望值，确定正负序电流的期望值；

第二内环电压控制指令确定子单元，用于根据所述正负序电流的期望值通过电压定向电流解耦控制算法或前馈解耦控制算法确定正负序电流相对应的内环电压控制指令；

第二控制信号生成子单元，用于根据所述正负序电流相对应的内环电压控制指令生成控制信号，以实现对所述整流器的控制。

优选的，所述抑制整流器无功功率二次谐波控制单元具体包括：

第三获取子单元，用于获取无功功率二次谐波分量期望值、有功平均功率期望值和无功平均功率期望值；所述无功功率二次谐波分量期望值和所述无功平均功率期望值均为0；

第三正序电流期望值确定子单元，用于根据所述无功功率二次谐波分量期望值、所述有功平均功率期望值和所述无功平均功率期望值，确定正负序电流的期望值；

第三内环电压控制指令确定子单元，用于根据所述正负序电流的期望值通过电压定向电流解耦控制算法或前馈解耦控制算法确定正负序电流相对应的内环电压控制指令；

第三控制信号生成子单元，用于根据所述正负序电流相对应的内环电压控制指令生成控制信号，以实现对所述整流器的控制。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供的不平衡电网电压下整流器的目标控制方法和系统，通过针对不同的控制目标构建不同的目标控制模型，可以解决现有技术中存在的控制模式单一的问题。并且，在所生成的目标控制模型中，包含有抑制整流器交流负序电流控制模型，以在对整流器进行控制的过程中包含有负序电流控制方法，进而使得整个控制方法具有良好的控制效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中不平衡电网电压下整流器的目标控制方法的流程图；

图2为本发明中不平衡电网下Vienna整流器正序电流与负序电流独立控制框图；

图3为采用传统的抑制负序电流控制方法的结果仿真图；

图4为采用本发明所提供的目标控制方法以抑制负序电流为控制目标的结果仿真图；

图5为采用本发明所提供的目标控制方法以抑制有功功率二倍频分量为控制目标的结果仿真图；

图6为采用本发明所提供的目标控制方法以抑制无功功率二倍频分量为控制目标的结果仿真图；

图7为本发明中不平衡电网电压下整流器的目标控制系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种具有良好控制效果的不平衡电网电压下整流器的目标控制方法和系统。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明中不平衡电网电压下整流器的目标控制方法的流程图，如图1所示，一种不平衡电网电压下整流器的目标控制方法，包括：

步骤100：获取整流器的电信号和不平衡电网下dq坐标系正负序复矢量模型。电信号包括：三相交流电压信号和三相交流电流信号。

步骤101：采用派克变换，根据电信号和dq坐标系正负序复矢量模型确定dq轴的电流分量和dq轴的电压分量。

步骤102：采用二次谐波滤除法根据电流分量和电压分量确定三相电流信号在dq轴上的正负序电流分量和dq轴上的正负序电压分量。

步骤103：根据正负序电流分量和正负序电压分量针对不同的控制目标生成不同的目标控制模型。所述控制目标包括：负序电流控制目标、有功功率二次谐波分量控制目标和无功功率二次谐波控制目标。所述目标控制模型包括：抑制整流器交流负序电流控制模型、抑制整流器有功功率二次谐波分量控制模型和抑制整流器无功功率二次谐波控制模型。

步骤104：根据所述目标控制模型控制所述整流器。

其中，上述所生成的抑制整流器交流负序电流控制模型其实质是一种控制策略。该抑制整流器交流负序电流控制策略的具体控制过程为：

获取预设负序电流期望值、电压环PI调节器参数和期望电压值获取预设负序电流期望值、电压环PI调节器参数和期望电压值。负序电流期望值为0。电压环PI调节器参数包括电压环PI调节器的比例和电压环PI调节器的积分常数。

根据电压环PI调节器参数和期望电压值确定有功平均功率期望值和无功平均功率期望值。无功平均功率期望值为0。

根据有功平均功率期望值和无功平均功率期望值确定正序电流期望值。

根据正序电流期望值和负序电流期望值，通过电压定向电流解耦控制算法或前馈解耦控制算法确定正负序电流相对应的内环电压控制指令。

根据正负序电流相对应的内环电压控制指令生成控制信号，以实现对整流器的控制。

基于上述公开的抑制整流器交流负序电流控制策略的具体控制过程能够得到，在本发明中采用了正序电流和负序电流分别设置电流环独立控制的方法，解决了现有技术因只对正序电流控制而无法达到良好控制效果的问题。

进一步，为了在对整流器进行控制的过程中增加控制模式的多样性，以使得整个整流器控制效果更加良好，本发明还对应给出了抑制整流器有功功率二次谐波分量控制模型(抑制整流器有功功率二次谐波分量控制模型策略)和抑制整流器无功功率二次谐波控制模型(抑制整流器无功功率二次谐波控制策略)的具体控制过程。

其中，抑制整流器有功功率二次谐波分量控制模型对整流器的控制过程具体包括：

获取有功余弦二次谐波分量期望值、有功正弦二次谐波分量期望值和有功功率平均期望值和无功平均功率期望值。有功余弦二次谐波分量期望值、有功正弦二次谐波分量期望值和无功平均功率期望值均为0。

根据预设的有功余弦二次谐波分量期望值、预设的有功正弦二次谐波分量期望值、有功平均功率期望值和无功平均功率期望值，确定正负序电流的期望值。

根据正负序电流的期望值通过电压定向电流解耦控制算法或前馈解耦控制算法确定正负序电流相对应的内环电压控制指令。

根据正负序电流相对应的内环电压控制指令生成控制信号，以实现对整流器的控制。

抑制整流器无功功率二次谐波控制模型对整流器的控制过程具体包括：

获取无功功率二次谐波分量期望值、有功平均功率期望值和无功平均功率期望值。无功功率二次谐波分量期望值和无功平均功率期望值均为0。

根据无功功率二次谐波分量期望值、有功平均功率期望值和无功平均功率期望值，确定正负序电流的期望值。

根据正负序电流的期望值通过电压定向电流解耦控制算法或前馈解耦控制算法确定正负序电流相对应的内环电压控制指令。

根据正负序电流相对应的内环电压控制指令生成控制信号，以实现对整流器的控制。

上述各种目标控制模型的控制过程即为其对应的模型生成过程，二者之间并没有具体限定。

在实际控制过程中，根据整流器的实际运行情况中三相电流、有功功率和无功功率的幅值的波动是否达到系统所能承受的最大阈值，来判断所选用的目标控制模型。因该模型选择过程依赖于计算机程序或具体的操作人员进行，并不是本发明所提供的技术方案的保护重点，因此，在此不进行赘述。

下面提供一个具体实施案例进一步说明本发明的方案，本发明具体实施案例中以对Vienna整流器进行控制为例进行阐述，在具体应用时，本发明的方案也适用于对其他型号整流器的控制。

在电网电压处于不平衡条件下时，Vienna整流器的直流输出会产生6的整数倍的特征谐波和2的整数倍的非特征电流谐波。而直流电流谐波又会导致直流电压谐波的产生，继而又会造成交流侧的输入电流产生谐波。因此，研究电网电压不平衡状态下的Vienna整流器时，需将各序分量单独提取出来分析并建立数学模型。

其中所构建的不平衡电网下dq坐标系正负序复矢量的数学模型为：

式中，Rs为交流侧电阻，L_s为交流侧电感，ω为旋转角频率，i_d ^P、i_q ^P、i_d ^N、i_q ^N为三相电流在dq轴上的正负序分量，u_d ^P、u_q ^P、u_d ^N、u_q ^N为交三相电压在dq轴上的正负序分量。

根据电网电压定向原则，即u_q ^P＝0，得电网不平衡下的有功功率和无功功率的平均值p₀、q₀，以及有功余弦二次谐波分量p_c2、有功正弦二次谐波分量p_s2、无功余弦二次谐波分量q_c2、无功正弦二次谐波分量q_s2，如(1-2)所示：

Vienna拓扑的网侧有功功率、无功功率中均含有2次余弦分量和正弦分量。根据功率平衡理论，有功功率的2次谐波将使得直流输出电压中产生2倍频的电压纹波，影响输出电压的稳定，继而又导致交流电流产生谐波。而无功功率会影响整流器的单位功率因数运行。

本发明利用二次谐波滤除法对正负序分量进行分离，基于双同步坐标系的解耦软件锁相环对电压电流相位进行锁定，并针对不平衡电网条件下的Vienna整流器，设置以下三种不同的控制目标模型，以实现对Vienna整流器的不同目标的控制要求。

整个控制目标模型的生成和对Vienna整流器的目标控制过程为：

步骤1：采集三相交流电压信号U_a、U_b和U_c，三相交流电流信号i_a、i_b和i_c，以及直流侧电容电压信号U_dc，然后将模拟信号转换为数字信号，由于Vienna整流器处在不平衡状态下，首先对三相电压电流进行Park变换(park转换，也称派克变换，英文为Parktransformation)，得到dq轴电流分量i_d、i_q和dq轴电压分量u_d、u_q，然后通过二次谐波滤除法对正负序分量进行分离，得到三相电流在dq轴上的正负序分量i_d ^P、i_q ^P、i_d ^N、i_q ^N以及交三相电压在dq轴上的正负序分量u_d ^P、u_q ^P、u_d ^N、u_q ^N。

步骤2：在采集的信号基础上，根据不同的控制要求可分为三个控制目标，包括：抑制Vienna整流器交流负序电流的控制目标、抑制Vienna整流器有功功率二倍频的控制目标、抑制Vienna整流器无功功率二倍频的控制目标。针对这三种不同的控制目标设置向对应的目标控制策略(控制模型)，以分别对三个控制目标进行不同的指令电流设置。

其中，1)抑制Vienna整流器交流负序电流的控制策略

为抑制Vienna整流器交流负序电流对控制的影响，需要根据(1-2)式求取正负序电流期望值，然后通过电压定向电流解耦控制算法得到正序、负序电流内环的电压控制指令v_d ^P、v_q ^P、v_d ^N、v_q ^N。正序、负序电流内环的电压控制指令v_d ^P、v_q ^P、v_d ^N、v_q ^N经过Park反变换和SVPWM(空间电压矢量脉宽调制)调制后输出控制信号，以实现对于Vienna整流器电路的控制，达到抑制负序电流的目标。

传统的控制方法只考虑了正序电流参考值的给定，忽略负序电流给定，控制效果不佳。因此，本发明为增强控制效果，加入负序电流期望值给定，并增加负序电流环控制。在此种策略下针对负序电流目标的控制过程具体为：

令负序电流期望值为

i_d ^N*＝i_q ^N*＝0 (1-3)

式中，i_d ^N*为d轴的负序电流期望值，i_q ^N*为q轴的负序电流期望值。

为得到正序电流期望值，可首先通过电压PI调节器输出与期望电压的乘积

得到有功平均功率期望值p₀ ^*。另外，要使系统单位功率因数运行，在实际的运算中可令q₀ ^*＝0，如公式(1-4)所示：

式中，K_vp、K_vi分别为电压环PI调节器的比例、积分常数，U*_dc为期望电压值，s为拉普拉斯算子。

在求得有功平均功率与无功平均功率的期望值p₀ ^*、q₀ ^*的基础上，将式(1-4)代入式(1-2)，使用p₀ ^*、q₀ ^*以代替p₀、q₀，并忽略有功余弦二次谐波分量p_c2、有功正弦二次谐波分量p_s2、无功余弦二次谐波分量q_c2、无功正弦二次谐波分量q_s2的影响，求得带有正负序电流期望值项的有功平均功率与无功平均功率的期望值表达式p₀ ^*、q₀ ^*，

由上式(1-5)经过变换，可以得到关于正序电流指令

表达式为

式中，M＝1.5(u_d ^P)²≠0，p₀ ^*、q₀ ^*为网侧有功平均功率、无功平均功率的参考值。

得到正负序电流期望值

后，通过电压定向电流解耦控制算法得到正序、负序电流内环的电压控制指令v_d ^P、v_q ^P、v_d ^N、v_q ^N，v_d ^P、v_q ^P、v_d ^N、v_q ^N经过Park反变换和SVPWM调制后输出控制信号，以实现对于Vienna整流器电路的控制，达到抑制负序电流的目标。

2)抑制Vienna整流器有功功率二次谐波分量的控制策略

当Vienna整流器处于不平衡电网条件下时，抑制负序电流的同时会产生有功余弦二次谐波分量p_c2、有功正弦二次谐波分量p_s2、无功余弦二次谐波分量q_c2、无功正弦二次谐波分量q_s2。对于控制性能要求高的场合，必须对基波的有功余弦二次谐波分量p_c2、有功正弦二次谐波分量p_s2进行抑制，以保证直流输出电压U_dc稳定，因此需求取正负序电流期望值

以实现正负序电流内环的控制，从而实现抑制有功功率二次谐波分量的控制目标。首先令有功余弦二次谐波分量和有功正弦二次谐波分量期望值p_s2 ^*＝0,p_c2 ^*＝0，同时令q₀ ^*＝0以实现单位功率因数，得到：

对上式变换，可得到三相Vienna整流器电压波动抑制时的电流控制指令为：

式中，D＝(u_d ^P)²-[(u_d ^N)²+(u_q ^N)²]≠0。

得到正负序电流期望值

后，然后通过电压定向电流解耦控制，得到正序、负序电流内环的电压控制指令v_d ^P、v_q ^P、v_d ^N、v_q ^N，v_d ^P、v_q ^P、v_d ^N、v_q ^N经过Park反变换和SVPWM调制后输出控制信号，以实现对于Vienna整流器电路的控制，达到抑制有功功率二次谐波分量的目标。

式(1-7)所示只有4个控制量i_d ^P、i_d ^N、i_q ^P、i_q ^N，故不能在p₀受控的情况下同时满足p_s2＝p_c2＝q_s2＝q_c2＝0的控制要求。这种控制方法，可以抑制Vienna整流器有功功率的2次谐波分量，但会产生负序电流，瞬时无功功率也会存在2次谐波分量。

3)抑制Vienna整流器无功功率二次谐波分量的控制策略

为消除无功功率产生的二次谐波分量，可将抑制Vienna整流器无功功率二倍频谐波作为控制目标，同样需要求取正负序电流期望值

以实现正负序电流内环的控制，从而实现抑制无功功率二次谐波分量的控制目标。首先令公式(1-2)中无功功率二次谐波分量期望值等于零，即q_s2 ^*＝q_c2 ^*＝0，同时令q₀ ^*＝0以实现单位功率因数，可得：

对上式变换，可得到三相Vienna整流器无功功率二倍频分量抑制时的电流控制指令为：

式中，D＝(u_d ^P)²-[(u_d ^N)²+(u_q ^N)²]≠0。

得到正负序电流期望值

后，然后通过电压定向电流解耦控制，得到正序、负序电流内环的电压指令v_d ^P、v_q ^P、v_d ^N、v_q ^N，经过Park反变换和SVPWM调制后输出控制信号实现对于Vienna整流器电路的控制，达到抑制无功功率二次谐波分量的目标。

此外，在前述求得各控制目标要求电流期望值

的基础上，若电流内环采用前馈解耦控制算法，其计算公式如(1-11)所示，可得正序、负序电流内环的电压控制指令v_d ^P*、v_q ^P*、v_d ^N*、v_q ^N*。

式中，K_ip、K_iI分别为正负序电流内环调节器的比例、积分增益。其中，正负序电流内环调节器需根据实际的控制目标为其设置不同的参数。

上述所提到电流环参数的调节主要是采用试凑法，以根据响应对参数进行调整来满足目标值。

此外，不平衡电网下Vienna整流器正序电流与负序电流独立控制框图如图2所示。

以对Vienna整流器进行目标控制为例，采用仿真的实验效果，对本发明所提供的目标控制方法的控制效果相对于现有技术所具备的优点进行说明：

图3为采用传统的抑制负序电流控制方法的结果仿真图，如图3【图3(a)-图3(c)】所示，在仿真初始阶段，即0.1-0.2s期间，Vienna整流器输入三相电流保持平衡。0.2-0.4s期间，a相电压由100V跌落至60V，电流发生畸变，有功功率P与无功功率Q产生波动。在0.4s加入传统的抑制负序电流的控制策略后，三相电流畸变严重，无法得到有效控制。

图4为采用本发明所提供的目标控制方法以抑制负序电流为控制目标的结果仿真图，如图4【图4(a)-图4(c)】所示，在仿真初始阶段，即0.1-0.2s期间，VIENNA整流器输入三相电流保持平衡。0.2-0.4s期间，a相电压由100V跌落至60V，电流发生畸变，有功功率P与无功功率Q产生波动。在0.4s加入抑制负序电流的控制策略后，经过0.3s的过渡，三相电流趋于平衡，负序电流得到抑制，实现了控制目标。

然而，其代价就是输入有功功率及无功功率的二倍频波动，如图4中P、Q所示。此外，与图3相比，三相电流得到了有效的控制，呈正弦变化。

图5为采用本发明所提供的目标控制方法以抑制有功功率二倍频分量为控制目标的结果仿真图，如图5【图5(a)-图5(c)】所示，在仿真初始阶段，0.1-0.2s期间，有功功率没有波动，0.2-0.4s期间，a相电压由100V跌落至60V，电流发生畸变，有功功率P与无功功率Q产生波动。在0.4s加入抑制有功功率的控制策略后，经过0.3s的过渡，有功功率不再波动，二倍频分量得到抑制，但此时无法保证三相电流继续维持在平衡状态，无功功率仍有波动。

图6为采用本发明所提供的目标控制方法以抑制无功功率二倍频分量为控制目标的结果仿真图，如图6【图6(a)-图6(c)】所示，0.1-0.2s期间，电流保持三相平衡，有功功率P和无功功率Q均无波动。0.2-0.4s期间a相电压由100V跌落至60V，电流发生畸变，有功功率P与无功功率Q产生波动。在0.4s加入抑制无功功率的控制策略后，经过0.2s的过渡，无功功率不再波动，二倍频分量得到抑制，但此时同样无法保证三相电流继续维持在平衡状态，有功功率仍有波动。

针对于上述提供的目标控制方法，本发明还对应提供了一种不平衡电网电压下整流器的目标控制系统，如图7所示，该系统包括：获取模块200、分量确定模块201、正负序分量确定模块202、目标控制模型生成模块203和整流器控制模块204。

其中，获取模块200用于获取整流器的电信号和不平衡电网下dq坐标系正负序复矢量模型。电信号包括：三相交流电压信号和三相交流电流信号。

分量确定模块201用于采用派克变换，根据电信号和dq坐标系正负序复矢量模型确定dq轴的电流分量和dq轴的电压分量。

正负序分量确定模块202用于采用二次谐波滤除法根据电流分量和电压分量确定三相电流信号在dq轴上的正负序电流分量和dq轴上的正负序电压分量。

目标控制模型生成模块203用于根据正负序电流分量和正负序电压分量针对不同的控制目标生成不同的目标控制模型。所述控制目标包括：负序电流控制目标、有功功率二次谐波分量控制目标和无功功率二次谐波控制目标。所述目标控制模型包括：抑制整流器交流负序电流控制模型、抑制整流器有功功率二次谐波分量控制模型和抑制整流器无功功率二次谐波控制模型。

整流器控制模块204用于根据所述目标控制模型控制所述整流器。

作为本发明的另一实施例，上述目标控制模型生成模块203包括抑制整流器交流负序电流控制模型控制单元、抑制整流器有功功率二次谐波分量控制单元和抑制整流器无功功率二次谐波控制单元。

作为本发明的另一实施例，上述抑制整流器交流负序电流控制模型控制单元具体包括：第一获取子单元、期望值确定子单元、第一正序电流期望值确定子单元、第一内环电压控制指令确定子单元和第一控制信号生成子单元。

第一获取子单元用于获取预设负序电流期望值、电压环PI调节器参数和期望电压值。负序电流期望值为0。电压环PI调节器参数包括电压环PI调节器的比例和电压环PI调节器的积分常数。

期望值确定子单元用于根据电压环PI调节器参数和期望电压值确定有功平均功率期望值和无功平均功率期望值。无功平均功率期望值为0。

第一正序电流期望值确定子单元用于根据有功平均功率期望值和无功平均功率期望值确定正序电流期望值。

第一内环电压控制指令确定子单元用于根据正序电流期望值和负序电流期望值，通过电压定向电流解耦控制算法或前馈解耦控制算法确定正负序电流相对应的内环电压控制指令。

第一控制信号生成子单元用于根据正负序电流相对应的内环电压控制指令生成控制信号，以实现对整流器的控制。

作为本发明的另一实施例，上述抑制整流器有功功率二次谐波分量控制单元具体包括：第二获取子单元、第二正序电流期望值确定子单元、第二内环电压控制指令确定子单元和第二控制信号生成子单元。

第二获取子单元用于获取有功余弦二次谐波分量期望值、有功正弦二次谐波分量期望值和有功平均功率期望值和无功平均功率期望值。有功余弦二次谐波分量期望值、有功正弦二次谐波分量期望值和无功平均功率期望值均为0。

第二正序电流期望值确定子单元用于根据预设的有功余弦二次谐波分量期望值、预设的有功正弦二次谐波分量期望值、有功平均功率期望值和无功平均功率期望值，确定正负序电流的期望值。

第二内环电压控制指令确定子单元用于根据正负序电流的期望值通过电压定向电流解耦控制算法或前馈解耦控制算法确定正负序电流相对应的内环电压控制指令。

第二控制信号生成子单元用于根据正负序电流相对应的内环电压控制指令生成控制信号，以实现对整流器的控制。

作为本发明的另一实施例，上述抑制整流器无功功率二次谐波控制单元具体包括：第三获取子单元、第三正序电流期望值确定子单元、第三内环电压控制指令确定子单元和第三控制信号生成子单元。

第三获取子单元用于获取无功功率二次谐波分量期望值、有功平均功率期望值和无功平均功率期望值。无功功率二次谐波分量期望值和无功平均功率期望值均为0。

第三正序电流期望值确定子单元用于根据无功功率二次谐波分量期望值、有功平均功率期望值和无功平均功率期望值，确定正负序电流的期望值。

第三内环电压控制指令确定子单元用于根据正负序电流的期望值通过电压定向电流解耦控制算法或前馈解耦控制算法确定正负序电流相对应的内环电压控制指令。

第三控制信号生成子单元用于根据正负序电流相对应的内环电压控制指令生成控制信号，以实现对整流器的控制。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种不平衡电网电压下整流器的目标控制方法，其特征在于，包括：

获取整流器的电信号和不平衡电网下dq坐标系正负序复矢量模型；所述电信号包括：三相交流电压信号和三相交流电流信号；

采用派克变换，根据所述电信号和所述dq坐标系正负序复矢量模型确定dq轴的电流分量和dq轴的电压分量；

采用二次谐波滤除法根据所述电流分量和所述电压分量确定所述三相电流信号在dq轴上的正负序电流分量和dq轴上的正负序电压分量；

根据所述正负序电流分量和所述正负序电压分量针对不同的控制目标生成不同的目标控制模型；所述控制目标包括：负序电流控制目标、有功功率二次谐波分量控制目标和无功功率二次谐波控制目标；所述目标控制模型包括：抑制整流器交流负序电流控制模型、抑制整流器有功功率二次谐波分量控制模型和抑制整流器无功功率二次谐波控制模型；

根据所述目标控制模型控制所述整流器。

2.根据权利要求1所述的不平衡电网电压下整流器的目标控制方法，其特征在于，所述抑制整流器交流负序电流控制模型对所述整流器的控制过程具体包括：

获取预设负序电流期望值、电压环PI调节器参数和期望电压值获取预设负序电流期望值、电压环PI调节器参数和期望电压值；所述负序电流期望值为0；所述电压环PI调节器参数包括电压环PI调节器的比例和电压环PI调节器的积分常数；

根据所述电压环PI调节器参数和期望电压值确定有功平均功率期望值和无功平均功率期望值；所述无功平均功率期望值为0；

根据所述有功平均功率期望值和无功平均功率期望值确定正序电流期望值；

根据所述正序电流期望值和所述负序电流期望值，通过电压定向电流解耦控制算法或前馈解耦控制算法确定正负序电流相对应的内环电压控制指令；

根据所述正负序电流相对应的内环电压控制指令生成控制信号，以实现对所述整流器的控制。

3.根据权利要求1所述的不平衡电网电压下整流器的目标控制方法，其特征在于，所述抑制整流器有功功率二次谐波分量控制模型对所述整流器的控制过程具体包括：

获取有功余弦二次谐波分量期望值、有功正弦二次谐波分量期望值和有功平均功率期望值和无功平均功率期望值；所述有功余弦二次谐波分量期望值、所述有功正弦二次谐波分量期望值和所述无功平均功率期望值均为0；

根据所述预设的有功余弦二次谐波分量期望值、所述预设的有功正弦二次谐波分量期望值、所述有功平均功率期望值和所述无功平均功率期望值，确定正负序电流的期望值；

根据所述正负序电流的期望值通过电压定向电流解耦控制算法或前馈解耦控制算法确定正负序电流相对应的内环电压控制指令；

根据所述正负序电流相对应的内环电压控制指令生成控制信号，以实现对所述整流器的控制。

4.根据权利要求1所述的不平衡电网电压下整流器的目标控制方法，其特征在于，所述抑制整流器无功功率二次谐波控制模型对所述整流器的控制过程具体包括：

获取无功功率二次谐波分量期望值、有功平均功率期望值和无功平均功率期望值；所述无功功率二次谐波分量期望值和所述无功平均功率期望值均为0；

根据所述无功功率二次谐波分量期望值、所述有功平均功率期望值和所述无功平均功率期望值，确定正负序电流的期望值；

根据所述正负序电流的期望值通过电压定向电流解耦控制算法或前馈解耦控制算法确定正负序电流相对应的内环电压控制指令；

根据所述正负序电流相对应的内环电压控制指令生成控制信号，以实现对所述整流器的控制。

5.一种不平衡电网电压下整流器的目标控制系统，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取整流器的电信号和不平衡电网下dq坐标系正负序复矢量模型；所述电信号包括：三相交流电压信号和三相交流电流信号；

分量确定模块，用于采用派克变换，根据所述电信号和所述dq坐标系正负序复矢量模型确定dq轴的电流分量和dq轴的电压分量；

正负序分量确定模块，用于采用二次谐波滤除法根据所述电流分量和所述电压分量确定所述三相电流信号在dq轴上的正负序电流分量和dq轴上的正负序电压分量；

目标控制模型生成模块，用于根据所述正负序电流分量和所述正负序电压分量针对不同的控制目标生成不同的目标控制模型；所述控制目标包括：负序电流控制目标、有功功率二次谐波分量控制目标和无功功率二次谐波控制目标；所述目标控制模型包括：抑制整流器交流负序电流控制模型、抑制整流器有功功率二次谐波分量控制模型和抑制整流器无功功率二次谐波控制模型；

整流器控制模块，用于根据所述目标控制模型控制所述整流器。

6.根据权利要求5所述的不平衡电网电压下整流器的目标控制系统，其特征在于，所述目标控制模型生成模块包括抑制整流器交流负序电流控制模型控制单元、抑制整流器有功功率二次谐波分量控制单元和抑制整流器无功功率二次谐波控制单元。

7.根据权利要求6所述的不平衡电网电压下整流器的目标控制系统，其特征在于，所述抑制整流器交流负序电流控制模型控制单元具体包括：

第一获取子单元，用于获取预设负序电流期望值、电压环PI调节器参数和期望电压值；所述负序电流期望值为0；所述电压环PI调节器参数包括电压环PI调节器的比例和电压环PI调节器的积分常数；

期望值确定子单元，用于根据所述电压环PI调节器参数和期望电压值确定有功平均功率期望值和无功平均功率期望值；所述无功平均功率期望值为0；

第一正序电流期望值确定子单元，用于根据所述有功平均功率期望值和无功平均功率期望值确定正序电流期望值；

第一内环电压控制指令确定子单元，用于根据所述正序电流期望值和所述负序电流期望值，通过电压定向电流解耦控制算法或前馈解耦控制算法确定正负序电流相对应的内环电压控制指令；

第一控制信号生成子单元，用于根据所述正负序电流相对应的内环电压控制指令生成控制信号，以实现对所述整流器的控制。

8.根据权利要求6所述的不平衡电网电压下整流器的目标控制系统，其特征在于，所述抑制整流器有功功率二次谐波分量控制单元具体包括：

第二获取子单元，用于获取有功余弦二次谐波分量期望值、有功正弦二次谐波分量期望值和有功平均功率期望值和无功平均功率期望值；所述有功余弦二次谐波分量期望值、所述有功正弦二次谐波分量期望值和所述无功平均功率期望值均为0；

第二正序电流期望值确定子单元，用于根据所述预设的有功余弦二次谐波分量期望值、所述预设的有功正弦二次谐波分量期望值、所述有功平均功率期望值和所述无功平均功率期望值，确定正负序电流的期望值；

第二内环电压控制指令确定子单元，用于根据所述正负序电流的期望值通过电压定向电流解耦控制算法或前馈解耦控制算法确定正负序电流相对应的内环电压控制指令；

第二控制信号生成子单元，用于根据所述正负序电流相对应的内环电压控制指令生成控制信号，以实现对所述整流器的控制。

9.根据权利要求6所述的不平衡电网电压下整流器的目标控制系统，其特征在于，所述抑制整流器无功功率二次谐波控制单元具体包括：

第三获取子单元，用于获取无功功率二次谐波分量期望值、有功平均功率期望值和无功平均功率期望值；所述无功功率二次谐波分量期望值和所述无功平均功率期望值均为0；

第三正序电流期望值确定子单元，用于根据所述无功功率二次谐波分量期望值、所述有功平均功率期望值和所述无功平均功率期望值，确定正负序电流的期望值；

第三内环电压控制指令确定子单元，用于根据所述正负序电流的期望值通过电压定向电流解耦控制算法或前馈解耦控制算法确定正负序电流相对应的内环电压控制指令；

第三控制信号生成子单元，用于根据所述正负序电流相对应的内环电压控制指令生成控制信号，以实现对所述整流器的控制。

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