[发明专利]一种离散域矢量比例积分谐振控制器的构造方法

说明书

本发明公开了一种离散域矢量比例积分谐振控制器的构造方法。该方法包括如下步骤：分别由数字控制方式被控对象在基波正、负序旋转坐标系的离散模型，构造正、负序离散控制器，实现对基波正、负序分量的无静差调节；由所构造的正序与负序控制器，应用双同步旋转坐标系控制结构，得到在静止坐标系的离散矢量比例积分控制器，同时实现对正序与负序分量的无静差调节；将离散矢量比例积分控制器推广至各次谐波分量，得到各频次离散矢量比例积分控制器，实现对各频次谐波电流分量的无静差调节。本发明能够直接得到离散域传递函数，在静止坐标系即可同时实现对正负序分量的无静差调节，并且具备各频次谐波电流无静差调节能力。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别是一种离散域矢量比例积分谐振控制器的构造方法。

背景技术

供电电压不平衡在实际电网运行当中是一种非常普遍的现象，尤其在弱电网表现更加明显，其中导致受电端电压不平衡的原因主要有三相输电线路阻抗的不平衡、三相不平衡负荷在变压器以及输电线路产生不平衡压降、电网发生短路与接地故障等等。对于并网变流器而言，无论是何种原因导致电压不平衡，由于负序电压的出现，传统基于电网平衡条件下的电流环控制已不再适用，需要根据应用目标重新设计控制策略。

在参考电流确定的情况下，如何控制变流器输出电流实现参考电流的有效跟踪是一个挑战，由于需要同时兼顾正序(Positive Sequence，PS)与负序(Negative Sequence，NS)电流控制，最直观的方法是通过两个旋转坐标系(Synchronous Reference Frame，SRF)分别控制正序和负序分量，其中一个坐标系以逆时针方向旋转用于控制正序电流，另外一个坐标系以顺时针旋转用于控制负序电流，因此这种控制方法被称作双同步旋转坐标系控制(Double Synchronous Reference Frame Control，DSRFC)。

目前，DSRFC主要有基于比例-积分(Proportional Integral，PI)与复系数比例-积分(Complex Proportional Integral，cPI)两种控制结构，其中DSRFC-PI对应静止坐标系的比例-谐振(Proportional Resonant，PR)控制器，而DSRFC-cPI对应静止坐标系的矢量-比例-积分(Vector Proportional Resonant，VPI)控制器。目前，PR与VPI是两种主要的谐振控制器(Resonant Controllers，RCs)，都能够在静止坐标系同时实现对正序与负序分量的无静差调节。然而，无论是PR还是VPI控制器，两者均为连续域传递函数，都必须离散化才能进行数字实现，为此需要考察谐振频率匹配、谐振峰值、相位偏移以及延时补偿有效性等关键特性。

总体来说，目前主要的离散化方法有8种，包括零阶保持、一阶保持、前向欧拉、后向欧拉、双线性变换、预曲双线性变换、零极点匹配以及脉冲响应不变法，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。

更进一步，当电网电压存在畸变，即含有谐波分量时，要求控制器能够抑制高次谐波电压对输出电流的影响，通过将多个RCs并联，并设置其谐振频率分别与电网电压谐波分量的频率相等，利用RCs在谐振频率处提供的无穷大增益，消除电网高次谐波电压对输出电流的影响。事实上，即使是电网电压只含有基波正序分量的情况下，也有必要在电流环加入低频次的RCs，以抑制VSC死区、功率管压降、直流母线电压波动等非线性因素对并网电流的影响，以避免输出电流畸变问题。但是，现有方法不能够直接得到离散域传递函数，需要经过离散化过程，控制性能则随控制频率的升高发生性能下降。

发明内容