CN204613263U - 基于准比例谐振分频控制的电流扰动发生器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于准比例谐振分频控制的电流扰动发生器，能够在变流电路的交流侧产生各种指令的扰动电流。本实用新型利用准PR控制器在谐振频率点能提供高增益，来实现电流的无静差控制。基于准比例谐振分频控制的电流扰动发生器，包括主电路及控制电路，所述控制电路的输出电性连接于所述主电路；其特征在于：所述控制电路包括直流侧电容电压控制模块及目标电流跟踪控制模块；后者包括基波无功电流控制、谐波电流控制。所述基波无功电流控制用于无功电流发生，所述谐波电流控制用于谐波电流发生功能。

Description

基于准比例谐振分频控制的电流扰动发生器

技术领域

本实用新型涉及一种电流扰动发生器，特别是一种基于准比例谐振分频控制的电流扰动发生器。

背景技术

传统的阻感负载与冲击性负荷使电力系统面临谐波污染与电压闪变问题；风电场的大规模接入造成的电能质量和低电压穿越问题；智能电网与小容量电力系统的发展，使电能质量问题日益严重。针对不同的电能质量问题，国内外出现了多种电能质量控制产品，如抑制谐波的有源滤波器、抑制电压波动和闪变的静止无功补偿器等。为了验证上述补偿装置的补偿效果，考察负荷或配电系统对各种电压扰动及电流扰动的耐受性，研究能够产生各种电压及电流扰动的扰动发生装置是很有意义的。

目前，针对常见的电能质量问题，需要在实验室中模拟各种电能质量现象，复合电流扰动发生器是解决电能质量问题的设备基础。目前，在扰动发生装置的研制方面，国内外主要集中于能够模拟产生各种电压扰动的发生装置，而能够模拟产生各种负荷特性干扰的电流型扰动发生装置还很少。

传统的双闭环控制电流内环都采用PI控制器，但是PI控制无法实现对交流信号的无静差跟踪且抗干扰能力比较差。另外分频控制一般采用坐标变换技术，将三相静止坐标系下的电流电压正弦量转化为同步旋转坐标系下的直流量，然后采用PI控制器实现跟踪控制，但该算法的运算量巨大，硬件资源往往不够。

发明内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种基于准比例谐振分频控制的能发出指令电流的复合电流扰动发生器，利用准PR控制器在谐振频率点能提供高增益，来实现电流的无静差控制。

本实用新型采用以下技术方案实现：基于准比例谐振分频控制的电流扰动发生器，包括主电路及控制电路，所述控制电路的输出电性连接于所述主电路；所述主电路包括变流电路、直流电容及滤波电路；所述滤波电路的输出接电网，所述直流电容并联于变流电路的输出；所述变流电路的输出经所述滤波电路接被测设备，其特征在于：所述控制电路包括直流侧电容电压控制模块及目标电流跟踪控制模块；直流侧电容电压控制模块与所述直流电容连接；所述目标电流跟踪控制模块与所述变流电路连接；所述目标电流跟踪控制模块包括直 流基波无功电流控制模块及谐波电流控制模块；所述直流基波无功电流控制模块的采样端输入与所述变流电路的输出端连接；所述谐波电流控制模块的采样端输入端与所述滤波电路的输出端连接。

在本实用新型一实施例中，所述直流侧电容电压控制模块为一PI控制器。

在本实用新型一实施例中，所述直流基波无功电流控制模块为一准比例PR控制器。

在本实用新型一实施例中，所述谐波电流控制模块为一准比例PR控制器。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、准比例谐振控制对正序、负序基波或谐波电流都可以实现无静差跟踪，且响应时间短，运行稳定；

2、准PR控制器在指定频率处具有无穷大的增益，在非指定频率处具有较大的衰减，无穷大增益保证了跟踪精度非常高。

3、当所需输出谐波电流或无功电流超出装置的额定容量时，可以只发出其中几个需求比较大的特征次分量；

4、不同频率次谐波电流的延时不同，采用指定次谐波电流分频控制，便于针对不同频率的谐波电流进行延时补偿，这在其它控制方式中是很难实现的。

附图说明

图1为本实用新型的主要结构框图。

图2为基波角频率处准PR控制器波特图。

图3为基于准PR无静差分频控制的控制框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步说明。

本实用新型提出了基于准比例谐振分频控制的电流扰动发生器。该装置包括主电路及控制电路，所述控制电路的输出电性连接于所述主电路；所述主电路包括变流电路、直流电容及滤波电路；所述滤波电路的输出接电网，所述直流电容并联于变流电路的输出；所述变流电路的输出经所述滤波电路接被测设备。其特征在于：所述控制电路包括直流侧电容电压控制模块及目标电流跟踪控制模块；直流侧电容电压控制模块与所述直流电容连接；所述目标电流跟踪控制模块与所述变流电路连接；所述目标电流跟踪控制模块包括直流基波无功电流控制模块及谐波电流控制模块；所述直流基波无功电流控制模块的采样端输入与所述变流电路的输出端连接；所述谐波电流控制模块的采样端输入端与所述滤波电路的输出端连接。主要结构框图参见图1。

在本实用新型一实施例中，所述直流侧电容电压控制模块为一PI控制器。

在本实用新型一实施例中，所述直流基波无功电流控制模块为一准比例PR控制器。

在本实用新型一实施例中，所述谐波电流控制模块为一准比例PR控制器。

准比例谐振控制器由比例环节和谐振环节组成，准PR算法的传递函数如下式所示：

$G_c\left(s\right)=K_p+\frac{K_r-2s}{s^2+2k_c{\mathrm{\ω}}_{c}s+{{\mathrm{\ω}}_r}^2}$

上式中K_p为比例控制增益，K_r为谐振积分控制增益，ω_r为谐振角频率，ω_c为谐振角频率偏移。准比例谐振电流控制是调节电流扰动发生器的输出电流与指定的参考电流的差值，在一个设定的频率宽内对该差值进行跟踪，通过调节频率宽度可以调节跟随精度。

本实用新型电流扰动发生器的基波角频率对应的准PR控制器的波特图参见图2。

复合电流扰动发生器的控制包括：直流侧电容电压控制、目标电流跟踪控制，后者包括基波无功电流控制(无功电流发生功能)、谐波电流控制(谐波电流发生功能)。每相单独进行控制，控制框图如图3所示，每相直流母线电压参考值与实际值经过PI控制器后进行电网相位同步，得到每相的有功参考电流。无功参考电流与输出电流经过基波或谐波PR控制器，实现无功电流或谐波电流补偿跟踪效果。

对于不平衡电流扰动情况下，给定电流中不仅含有正序电流分量，还含有负序分量，这样如果采用传统多同步旋转坐标系下指定次基波、谐波电流控制策略，需要同时分别在正序和负序坐标变换下执行对指令的控制，这样就大大增加了控制芯片的负担。由于指定次谐波角频率的值通常比较大，因此可以忽略正序分量通过负序交流积分器的处理结果和负序分量通过正序交流积分器的处理结果，可以得出准比例谐振控制环节对正序分量和负序分量具有相同的处理结果，正序、负序分量通过准PR谐振控制环节的积分公式如下：

也就是说，复合指令电流中均含有正序分量和负序分量时，静止坐标系下的基于准PR控制器的指定次电流分频控制策略无需进行特殊的改进，依然可以做到对不平衡电流无静差跟踪。

采用本实用新型提供的装置将增添了准比例PR控制器，PR控制器可以对交流输入量实现无静差控制。将准PR控制器用于电流扰动发生器的控制系统中，可直接在三相静止 坐标系下对电流进行调节。可以简化控制过程中复杂的坐标变换，消除电流d、q轴分量之间的耦合关系，且可以忽略电网电压对系统的扰动作用。PR控制器易受模拟系统元器件参数精度和数字系统精度的限制，因此，在PR的基础上，提出了一种易于实现的准PR控制器，既可以保持PR控制器的高增益，同时还可以有效减小电网频率偏移对逆变器输出电感电流的影响。

上述实施例不以任何方式限制本实用新型，凡依本实用新型技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本实用新型技术方案的范围时，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.基于准比例谐振分频控制的电流扰动发生器，包括主电路及控制电路，所述控制电路的输出电性连接于所述主电路；所述主电路包括变流电路、直流电容及滤波电路；所述滤波电路的输出接电网，所述直流电容并联于变流电路的输出；所述变流电路的输出经所述滤波电路接被测设备，其特征在于：所述控制电路包括直流侧电容电压控制模块及目标电流跟踪控制模块；直流侧电容电压控制模块与所述直流电容连接；所述目标电流跟踪控制模块与所述变流电路连接；

所述目标电流跟踪控制模块包括直流基波无功电流控制模块及谐波电流控制模块；所述直流基波无功电流控制模块的采样端输入与所述变流电路的输出端连接；所述谐波电流控制模块的采样端输入端与所述滤波电路的输出端连接。

2.根据权利要求1所述的基于准比例谐振分频控制的电流扰动发生器，其特征在于：所述直流侧电容电压控制模块为一PI控制器。

3.根据权利要求1所述的基于准比例谐振分频控制的电流扰动发生器，其特征在于：所述直流基波无功电流控制模块为一准比例PR控制器。

4.根据权利要求1所述的基于准比例谐振分频控制的电流扰动发生器，其特征在于：所述谐波电流控制模块为一准比例PR控制器。