[发明专利]一种离散域复系数矢量比例-积分电流控制器构造方法

说明书

本发明公开了一种离散域复系数矢量比例‑积分电流控制器构造方法。该方法步骤如下：直接考虑数字控制的一拍延时，建立被控对象在基波正序旋转坐标系的离散模型；构造控制器的零点实现与被控对象极点的相互抵消，以消除耦合项的影响；根据控制器零点的阶次构造控制器分母即控制器的极点，在控制器可实现的同时具备对基波正序分量的无静差调节能力；叠加延时补偿项，消除数字控制一拍延时的影响；得到控制器在离散域的传递函数，将其转化为差分方程进行实现。本发明直接得到离散域传递函数，从而避免了离散化过程，并且在控制器构造过程中直接考虑了数字控制一拍延时，因此无需额外进行延时补偿，电流环性能不会因为载波比的减小而下降。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别是一种离散域复系数矢量比例-积分电流控制器构造方法。

背景技术

并网变流器在电力系统有着极其广泛的应用，典型包括可再生能源(光伏、风电等)并网发电、电能质量治理、储能变流器、PWM整流等等，此时变流器相对电网而言为一个等效的可控电流源，对变流器关注的重点是其所能为电网提供的电流质量，并且目前以电压源型变流器(Voltage Source Converter，VSC)占据主导地位。

由于基波正序交流信号在正序同步旋转坐标系(PS-SRF)表现为直流量，因此直观上通过比例-积分(Proportional Integral，PI)控制器对直流分量提供的无穷大增益，便可实现对PS-SRF直流信号的无静差调节。然而，被控对象在SRF会出现交叉耦合项，使得d、q轴电流的暂态调节响应相互影响，即d轴电流的调节过程会影响q轴电流，反之亦然。为了抑制耦合项的影响，通常采用电流状态反馈解耦控制策略，在不考虑延时的情况下(数字控制的一拍延时和变流器固有的零阶保持特性)，该方法等效于将被控对象的复极点平移至实轴，从而可以通过实系数PI控制器的零点与之对消，进而将电流环变为一阶系统；另外一种思路则是无论被控对象的极点是实数还是复数，直接设计控制器的零点与之对消，即所谓的复系数矢量比例-积分控制器(Complex Proportional Integral，cPI)。研究表明，cPI控制器可以获得比反馈解耦PI控制器更好的性能，主要表现在参数敏感性、延时补偿有效性方面。然而，无论是PI还是cPI控制器，均为连续域传递函数，都必须进行离散化才能进行数字实现。

由此可知，控制器设计的典型思路是首先在连续域建立被控对象的传递函数，然后根据控制性能需求得到控制器在连续域的结构与传递函数，比如PI与cPI控制器，然后通过某种离散化方法得到其在z域的表达式，并最终完成数字实现。然而，从众多的离散化方法找出最合适的一种或者几种方法是非常繁琐且困难的，并且无论采用何种离散化方法，随着采样频率f_s的减小，离散化后控制器性能必然呈现下降趋势；另一方面，即使是采样频率保持不变的情况下，随着控制频率f_e的增大，载波比f_s/f_e越小，离散化后控制器的性能也将进一步恶化，典型表现为系统阻尼率下降，暂态响应震荡加剧，系统甚至可能发生不稳定。

到目前为止，有关并网变流器电流环控制绝大多数是在连续域进行，均需要进行离散化以便于数字化实现，而不同的离散化方法将导致数字实现之间、数字域与连续域之间均产生性能差异，并最终导致控制器性能下降甚至失效。这种情况对于大功率变流器表现尤为突出，考虑到大功率变流器为了满足温升散热的要求，一般开关频率限制在3kHz～4kHz左右，而采样频率的下降将进一步导致恶化控制器性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种并网变流器离散域复系数矢量比例-积分电流控制器构造方法，直接在离散域构造电流控制器，避免离散化的过程，从而使控制器不因载波比的改变产生性能损失。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种离散域复系数矢量比例-积分电流控制器构造方法，包括如下步骤：

(1)直接考虑数字控制的一拍延时，建立被控对象在基波正序旋转坐标系的离散模型；