[发明专利]一种单相变流器的直流电压闭环控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种单相变流器的直流电压闭环控制方法及系统，通过采集经过作为反馈环节的滑动平均滤波器的单相变流器直流侧的电压反馈信号；基于预建立的单相变流器电压外环闭环系统的传递模型，根据电压反馈信号和预设电压进行闭环控制；传递模型包括反馈延时环节、PI控制器、电流内环闭环系统传递模型及被控对象模型；PI控制器积分时间常数大于反馈延时环节积分时间常数；传递模型开环截止频率为基于电流内环响应速度远大于电压外环响应速度而设定的频率。本申请通过引入滑动平均滤波器作为电压环反馈环节，有效分离电压信号的二次脉动分量，避免二次脉动分量进入电压环，消除二次脉动的不利影响且保证系统的控制稳定性。

技术领域

本发明涉及电力电子与电力传动领域，特别涉及一种单相变流器的直流电压闭环控制方法及系统。

背景技术

单相变流器的应用较广泛，例如具体用于列车供电。列车供电牵引变流器网侧部分(又称四象限变流器)主要实现将铁路供电接触网电能通过受电弓引入车内，为列车提供电能。

四象限变流器将经过主变压器降压后的单相交流输入电压转换为直流电压供给中间直流回路。对于单相交流系统，四象限变流器输入功率的二次脉动会造成直流侧电压产生二次脉动。

为消除直流电压二次脉动的影响，工程上一般通过在采样电路增加硬件RC低通滤波环节、控制系统中添加数字陷波器或低通滤波器等方法滤除二次脉动分量。但是，RC滤波环节使采样电路复杂化，且滤波效果受元件一致性、温漂等影响较大；数字陷波器通常陷波频率单一，不能滤除二次脉动以外的谐波；数字二阶低通滤波器则由于频带较窄，易造成动态滞后降低系统稳定性。综上所述，如何有效地消除单相交流器系统直流侧二次脉动的不利影响且保证系统控制稳定性是本领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种单相变流器的直流电压闭环控制方法及系统，目的在于解决现有技术不能有效地消除单相交流器系统直流侧二次脉动的不利影响的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种单相变流器的直流电压闭环控制方法，该方法包括：

采集经过作为单相变流器电压外环闭环系统反馈环节的滑动平均滤波器的单相变流器直流侧的电压反馈信号；

基于预建立的所述单相变流器电压外环闭环系统的传递模型，根据所述电压反馈信号和预设电压，对所述单相变流器电压外环闭环系统进行闭环控制；

其中，所述传递模型为包括所述滑动平均滤波器引入的一阶等效惯性反馈延时环节、PI控制器、电流内环闭环系统传递模型以及被控对象模型的传递模型；所述PI控制器的积分时间常数大于所述一阶等效惯性反馈延时环节的积分时间常数；所述传递模型的开环截止频率为基于电流内环响应速度远大于电压外环响应速度而设定的频率。

可选地，所述采集经过作为单相变流器电压外环闭环系统反馈环节的滑动平均滤波器的单相变流器直流侧的电压反馈信号包括：

获取所述滑动平均滤波器的预设滑窗时间；

根据所述预设滑窗时间，采集所述电压反馈信号；

其中，所述预设滑窗时间为0.01s或0.02s。

可选地，所述一阶等效惯性反馈延时环节为其中，T_w为所述预设滑窗时间。

可选地，所述传递模型为其中，所述PI控制器为所述被控对象模型为U_dcref为所述预设电压，U_s为相电压幅值，C_dc为直流侧总电容容量。

可选地，所述PI控制器的积分时间常数T_I为将所述一阶等效惯性反馈延时环节的积分时间常数T_F乘于预设数值计算得出的数值，所述预设数值的取值范围为[2，5]。