[发明专利]一种基于传统VSR电流闭环控制的双闭环控制方法

说明书

本发明公开了一种基于传统VSR电流闭环控制的双闭环控制方法及系统，属于电力电子及其控制技术领域；本发明的步骤为：一、以整流侧的直流母线电压为外环，通过PI调节，得到输出有功功率的给定值二、将得到的给定值和无功功率给定值通过电流指令计算模块得到有功电流指令值和无功电流指令值三、将得到的有功电流指令值和无功电流指令值通过电流环调节得到和四、将和通过同步旋转坐标变换，转换到两相αβ静止坐标系上并得到和值；五、通过SVPWM产生六路PWM信号控制VSR运行。本发明增加了电流指令计算的新方法，从而克服了传统VSR电流闭环的矢量控制策略动态响应较慢，电网电流总谐波畸变率较大，对负载变化等扰动的抗干扰性能差的问题。

技术领域

本发明属于电力电子及其控制技术领域，更具体地说，涉及一种基于传统VSR电流闭环控制的双闭环控制方法。

背景技术

控制算法是PWM整流器的核心，其控制方法的优劣直接决定了整流器的运行效果，其主要任务是维持直流侧电压的稳定与VSR输入输出电流对的正弦化。传统的控制策略主要有电流闭环矢量控制策略(VOC)与直接功率控制策略(DPC)。其中电流闭环的矢量控制策略(VOC)的动态响应较慢，从而导致电网谐波和负载变化等扰动的抗干扰性能差。而直接功率控制策略(DPC)的功率内环虽然具有动态响应快和算法简单的特点，但是采用滞环比较器会导致系统存在开关频率不固定和滤波器设计困难的缺点。此外，根据三相电压的不平衡以及滤波方式的不同，有人提出三相电压不平衡时的控制方法和采用LCL、LC滤波器的控制方法等。为了获得更高性能的PWM整流器，学者们先后提出以下方法：

(1)基于Lyapunov稳定性理论控制

李雅普诺夫(Lyapunov)指数描述了系统空间中相邻轨迹的收敛特性。由于三相PWM整流器具有强耦合、多变量的特性，传统分析方法难以满足整流器对于大范围稳定性的需求。Hasan Komurcugil以整流器滤波电感和直流侧电容储能为变量建立PWM整流器的李雅普诺夫方程，可以直观的根据李雅普诺夫指数判断系统的稳定性。若李雅普若夫指数大于零则不稳定，反之则系统稳定。李雅普若夫理论能够有效解决VSR大范围稳定的控制问题。

(2)滑模变结构控制(SMC)

SMC是一种非线性控制，其特点为“结构”的不固定性，根据系统目前的状态不断变化，使其按照预先设定的“滑动模态”轨迹行进。应用滑模变结构控制PWM整流器可有效抑制电网谐波和负载波动的干扰，具有强鲁棒性、动态响应快、控制结构简单的优点。但是由于系统惯性和系统控制能量有限等因素，当状态点穿越切换面时会产生抖振，对系统稳定性造成影响。抖振是与生俱来的，只可以抑制而不可以消除。

(3)电网不平衡条件下PWM整流器控制

造成电网不平衡的原因主要有：三相负载不平衡、电网的非对称故障(单相接地短路、两相短路等故障)、大功率单相负载的运行和输电线路的非全相换位等。电网不平衡条件下，常规方法难以满足PWM整流器性能要求，其负序电压会产生低次谐波(以二次谐波为主)，不仅影响整流器的正常运行，甚至造成设备损坏。通常采用正负序分解或采用谐振调节器的方法，消除整流器的负序电流，进而消除低次电流谐波，提高整流器性能。

(4)预测功率控制

预测功率控制(MPDPC)兼具DPC与模型预测理论的优点，以整流器的功率误差最小为控制目的，得出最优控制序列。MPDPC具有良好的稳态性能与快速的动态响应。其原理为预测下一个采样周期的功率值，再计算预测功率与参考功率的误差，通过有功功率和无功功率误差的平方和构建目标函数，最后以目标函数值最小为标准选择空间矢量。由于是对下一个采样周期的功率误差进行预测，因此，相比于传统的直接功率控制，模型预测功率控制的精确度和效率更高，且有效解决了DPC的稳态功率纹波和IGBT开关频率不固定问题。