[发明专利]一种考虑电网频率偏差的多模重复控制器

说明书

技术领域

本发明提出考虑电网频率偏差的多模重复控制器，主要的适用对象是有源电力滤波器，用于抑制电网频率偏差工况的负载谐波，属于电气工程的电能质量领域。

背景技术

在电能质量的谐波抑制领域，控制的对象是几次，十几次，几十次的谐波电流。普通的PI控制器带宽较窄，造成了跟踪控制谐波的效果较差。而在控制系统前向通道上增加延时反馈支路及其他辅助支路，能够有效跟踪类似于谐波的周期性外激信号，无静差跟踪对应于工作频率或倍数次工作频率的周期性信号，这就是在谐波跟踪控制中应用重复控制的基本原理。

重复控制是基于内模原理的控制方法，内模原理是把外部作用信号的动力性模型植入控制器来构成高精度反馈控制系统的一种设计原理。基于内模原理的控制理论为实现对任意形式参考输入信号的无静差跟踪提供了依据，为实现高精度的反馈控制提供了一种有效的方法。目前，内模原理已经在线性定常系统和随动系统的综合设计中得到有效的应用。

在应用于治理电能质量的谐波抑制系统中，控制器的输入指令是由不同频率的正弦函数叠加的信号，而非恒值。在实际的工业现场，电网的频率也不是恒定的，而是在允许的范围内发生偏差，因而需要控制器能够根据电网频率的偏差特征，有效跟踪电网频率的变化，或者在频率偏差的工况下保持良好的谐波跟踪性能。

关于频率和频率偏差的概念。在电工学理论中，正弦量在单位时间内交变的次数称为频率，用f表示，单位为Hz(赫兹)。交变(含正负半波的变化)一次所需要的时间称为周期，用T表示，单位为s(秒)。频率和周期互为倒数，即T＝1/f。系统频率偏差Δf＝f_m-f_N，式中f_m为实际频率(Hz)，f_N为系统标称频率。一般来讲，电力系统频率仅当所有发电机的总有功出力与总有功负荷(包括电网的所有损耗)相等时，才能保持不变；而当总有功出力与总负荷发生不平衡时，各发电机组的转速及相应的频率就要发生变化。电力系统的负荷是时刻变换的，任何一处负荷的变化，都要引起全系统功率的不平衡，导致频率的变化。

关于电力系统频率偏差的范围，根据电力系统频率偏差的国家标准(GB/T 15945-2008)，实际中电网工作频率是在国家标准允许的范围内发生偏差：电力系统正常频率偏差允许值为±0.2Hz；当系统容量较小时，偏差值可以放宽到±0.5Hz。

传统的重复控制器只针对标称频率的倍数次谐波进行跟踪控制，而对于电网工作频率偏差工况谐波跟踪控制的研究和应用较少。此研究和应用现状导致在电网频率偏差工况，现有重复控制器的谐波跟踪控制性能明显下降。

发明内容

针对在电网频率偏差时，重复控制器跟踪控制谐波性能下降的问题，本发明提出一种改进型重复控制器，将电网频率的偏差情况纳入控制器设计的考虑中。以标称频率的偏差频率为跟踪控制对象，在传统重复控制器的通路上添加并联的重复控制通路并设计相应的频率偏差调节系数，提高重复控制器在电网频率偏差工况对谐波的跟踪控制性能。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种考虑电网频率偏差的多模重复控制器，其特征在于，包括：

一个比例控制通路：取谐波指令e作为输入量；

多个相并联的重复控制通路：取谐波指令e作为输入量，该重复控制通路输出量同时接第二加法器，累加后的输出量接第一加法器与比例控制通路的输出量累加，得到多模重复控制器的综合输出量；

其中，所述多个相并联的重复控制通路由多个结构相同的控制通路构成，所述每个控制通路均包括系数为K_s1的重复控制增益模块、系数为K_d1的频率偏差调节模块、第三加法器、系数为K_f1的反馈衰减模块、两个延时环节；并联方式为每个重复控制通路的输入侧均取谐波指令e作为参考信号，依次串接重复控制增益模块、频率偏差调节模块，频率偏差调节模块的输出端与反馈衰减模块的输出端连接第三加法器的输入端，第三加法器的输出端接第一延时环节和第二延时环节的输入端，然后第一延时环节的输出端接反馈衰减模块的输入端，第二延时环节的输出端接第二加法器的输入端。

在上述的一种考虑电网频率偏差的多模重复控制器，重复控制通路延时环节的延时时间长度为偏差频率范围内均匀分布的频率值的倒数，其中作用于标称频率工况的主导重复控制通路的延时时间长度为标称频率的倒数，其他辅助重复控制通路的延时时间长度为标称频率附近偏差频率的倒数。