CN112701932B - 一种基于线变关系识别仪的直流母线电压控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于线变关系识别仪的直流母线电压控制方法，包括以下步骤：步骤1，线变关系识别仪采集直流母线电容电压值；步骤2，通过基于二阶广义积分器的滤波提取计算公式，从母线电容电压采集值中提取二倍频纹波电压分量值；步骤3，将母线电容电压采集值与二倍频纹波电压分量作差，用母线电容电压参考值减去此作差结果得到电压环PI控制器的误差反馈值，电压环PI控制器根据该误差反馈值进行直流母线电压控制。本发明实现了对母线电压检测值中的二倍频纹波分量的精确提取，使得二倍频纹波分量不会被闭环控制系统调制，在电压环PI控制器设计中无需考虑降低带宽的前提下提高了控制器的瞬态性能，从而提升了逆变器的稳态性能。

Description

一种基于线变关系识别仪的直流母线电压控制方法
技术领域
本发明涉及电力电子控制技术领域，尤其涉及一种基于线变关系识别仪的直流母线电压控制方法。
背景技术
随着电力系统向可持续发展和智能化方向的转型，电力电子技术的应用范围愈发广泛，其中逆变器的直流母线电容电压的稳定控制是尤为关键的一部分。传统的控制策略是设计低带宽的比例积分(PI)控制器来减小母线电压检测反馈过程中的二倍工频纹波对并网电流质量的影响，但这会降低逆变器的动态响应性能。现有的利用直流母线电容电压平均值的控制方法使得纹波分量不参与控制器运算，在设计控制器时不必考虑降低带宽，但由于采样精度、噪声干扰的影响，求取的电压平均值不准确，电压控制能力较弱，不利于工程应用。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足和缺陷，提供了一种基于线变关系识别仪的直流母线电压控制方法，实现了对母线电压检测值中的二倍频纹波分量的实时精确提取，从而提高了电压环PI控制器的瞬态性能，而且方法运算量小，便于工程实现。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于线变关系识别仪的直流母线电压控制方法，包括以下步骤：
步骤1：线变关系识别仪采集直流母线电容电压值；
步骤2：通过基于二阶广义积分器的滤波提取计算公式，从母线电容电压采集值中提取二倍频纹波电压分量值；
步骤3：将母线电容电压采集值与二倍频纹波电压分量作差，用母线电容电压参考值减去此作差结果得到电压环PI控制器的误差反馈值，电压环PI控制器根据该误差反馈值进行直流母线电压控制。
进一步地，所述步骤2中的二阶广义积分器的离散化方法为预畸变双线性变换方法，得到其离散化传递函数为：
Figure BDA0002848469730000011
其中Ts为采样时间间隔。
进一步地，所述步骤2中二倍频纹波电压分量提取的公式为：
Figure BDA0002848469730000012
其中：
a0＝ksin(ωnTs)+2
a1＝4cos(ωnTs)
a2＝k sin(ωnTs)-2
b0＝ksin(ωnTs)
b2＝-ksin(ωnTs)
N为当前采样时刻，Udc100(N)为当前采样时刻的二倍频纹波电压提取值，Udc100(N-1)为前一采样时刻的二倍频纹波电压提取值，Udc100(N-2)为前二采样时刻的二倍频纹波电压提取值，Udc(N)为当前采样时刻的母线电容电压采集值，Udc(N-2)为前二采样时刻的母线电容电压采集值。
本发明的有益技术效果：实现了对母线电压检测值中的二倍频纹波分量的精确提取，使得二倍频纹波分量不会被闭环控制系统调制，这样并网电流中就不会出现三次谐波分量，在电压环PI控制器设计中无需考虑降低带宽的前提下提高了控制器的瞬态性能，从而提升了逆变器的稳态性能同时本发明运算量较小，便于工程实现。
附图说明
图1是本发明的控制结构流程图。
图2是本发明中线变关系识别仪的连接示意图。
图3是本发明实施例中经本方法处理前后的直流母线电容电压采样值对比图。其中上图为处理后的母线电容电压波形，下图为原始电容电压波形。
图4是本发明实施例中采用本发明所述方法的线变关系识别仪发出的并网电流波形。
图5是本发明实施例中采用传统控制方法的线变关系识别仪发出的并网电流波形。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不限定本发明。
实施例。
如图1、图2所示，一种基于线变关系识别仪的直流母线电压控制方法，包括以下步骤：
步骤1：线变关系识别仪采集直流母线电容电压值；
步骤2：通过基于二阶广义积分器的滤波提取计算公式，从母线电容电压采集值中提取二倍频纹波电压分量值；二阶广义积分器的传递函数为：
Figure BDA0002848469730000021
其中k＝1.414为传递函数的增益，ωn＝100πrad/s为二倍工频角频率。
二阶广义积分器的离散化方法为预畸变双线性变换方法，得到其离散化传递函数为：
Figure BDA0002848469730000022
其中Ts为采样时间间隔。
二倍频纹波电压分量提取的公式为：
Figure BDA0002848469730000023
其中
a0＝ksin(ωnTs)+2
a1＝4cos(ωnTs)
a2＝k sin(ωnTs)-2
b0＝ksin(ωnTs)
b2＝-ksin(ωnTs)
N为当前采样时刻，Udc100(N)为当前采样时刻的二倍频纹波电压提取值，Udc100(N-1)为前一采样时刻的二倍频纹波电压提取值，Udc100(N-2)为前二采样时刻的二倍频纹波电压提取值，Udc(N)为当前采样时刻的母线电容电压采集值，Udc(N-2)为前二采样时刻的母线电容电压采集值。
步骤3：将母线电容电压采集值与二倍频纹波电压分量作差，用母线电容电压参考值减去此作差结果得到电压环PI控制器的误差反馈值，电压环PI控制器根据该误差反馈值进行直流母线电压控制。
如图3所示，经本方法处理后的直流母线电容电压波形较为稳定，不含有二倍频纹波电压。
电压控制方法的最终目的在于改善并网电流。如图4所示，采用本发明所述方法后，线变关系识别仪发出的并网电流基本不含3次谐波分量，经检测得到其总谐波失真THD＝1.25％，而采用图5所示的传统控制方法时，并网电流的3次谐波分量的幅值在0.5A，其总谐波失真THD＝2.73％，得出本发明方法对并网电流中的3次谐波分量有很好的削减效果。
上述实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可做出各种变换和变化以得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应归入本发明的专利保护范围。

Claims (2)

1.一种基于线变关系识别仪的直流母线电压控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：线变关系识别仪采集直流母线电容电压值；
步骤2：通过基于二阶广义积分器的滤波提取计算公式，从母线电容电压采集值中提取二倍频纹波电压分量值；提取二倍频纹波电压分量值的公式为：
Figure FDA0003655548410000011
其中：
a0＝ksin(ωnTs)+2
a1＝4cos(ωnTs)
a2＝ksin(ωnTs)-2
b0＝ksin(ωnTs)
b2＝-ksin(ωnTs)
N为当前采样时刻，Udc100(N)为当前采样时刻的二倍频纹波电压提取值，Udc100(N-1)为前一采样时刻的二倍频纹波电压提取值，Udc100(N-2)为前二采样时刻的二倍频纹波电压提取值，Udc(N)为当前采样时刻的母线电容电压采集值，Udc(N-2)为前二采样时刻的母线电容电压采集值；Ts为采样时间间隔，其中k为传递函数的增益，ωn为二倍工频角频率；
步骤3：将母线电容电压采集值与二倍频纹波电压分量作差，用母线电容电压参考值减去此作差结果得到电压环PI控制器的误差反馈值，电压环PI控制器根据该误差反馈值进行直流母线电压控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于线变关系识别仪的直流母线电压控制方法，其特征在于，所述步骤2中的二阶广义积分器的离散化方法为预畸变双线性变换方法，得到其离散化传递函数为：
Figure FDA0003655548410000012
其中Ts为采样时间间隔，其中k为传递函数的增益，ωn为二倍工频角频率。
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