[发明专利]基于双环结构的三相并网变流器电流环干扰抑制控制方法

说明书

本发明公开了一种基于双环结构的三相并网变流器电流环干扰抑制控制方法，包括：给定跟踪环和干扰抑制环构成了双环控制结构，对双环控制结构进行推导并分析，获取从输入到输出的传递函数、以及从扰动到输出的传递函数；获取给定跟踪控制器在离散时域中的扩张状态空间表达式，得到系统开环模型；根据反馈控制律和系统开环模型，得到系统闭环模型，并进行极点配置；对获取到的基于多项式内模的重复控制器的表达式进行改进，以此改善频率响应；为了消除直流分量，在基于多项式内模的重复控制器上并联由二阶带阻滤波器、一阶低通滤波器和比例积分控制器串联组成的控制器，并给出三者的传递函数；根据控制增益不同时各控制器的频率响应，选择给定跟踪控制器和干扰抑制控制器的各控制增益。

技术领域

本发明涉及并网变流器控制领域，尤其涉及一种基于双环结构的三相并网变流器电流环干扰抑制控制方法。

背景技术

作为功率转换单元，三相电压型并网变流器具有结构简单、运行可靠、控制方法成熟等特点，因而被广泛地应用在可再生能源发电系统中。为了减小电网电压对变流器电流控制的影响，电压前馈通常被应用在并网变流器的电流环中，以减小启动电流和电流谐波、提高电网电压波动工况下电流控制的动态响应^[1]。然而，在实际应用中，由于电压传感器和电压调理电路的参数变化，电网电压的采样值和实际值之间会存在一定的误差，这造成了电压前馈控制的不精确。电网电压前馈的误差会对并网变流器的电流控制性能产生负面影响，包括：直流电流注入、三相电流不平衡及电流畸变等^[2]。

直流电流注入会对没有隔离变压器的可再生能源发电系统造成严重影响。例如，使电力变压器的工作点发生偏移、在并联的变流器之间产生环流、引入额外的功率损耗等。为了减少并网变流器网侧三相电流中的直流分量，研究人员提出了许多解决方法^[3-6]。其中一种方法是在并网变流器的交流侧安装电容器，但该方法会给并网系统带来额外的成本和电力损耗。另一种方法是通过电压传感器直接测量并网变流器输出的直流电压，但当开关频率较高时，电压传感器必须拥有足够高的精度才能保证控制性能。因此，该方法的有效性依赖于电压传感器的精度^[4-5]。研究人员还提出了电压补偿策略，但该方法需要为直流电压检测电路设计一个非线性元件，限制了其在实际中的应用^[6]；此外，还可以利用直流母线的电压脉动来抑制直流电流，但该方法需要从母线电容电压中提取抑制直流电流的特征量，这会使直流电流抑制的响应速度变慢。

此外，为了抑制电网电压前馈误差引起的三相电流不平衡及电流谐波，研究人员对基于内模原理的扰动观测器进行了深入研究，提出了许多解决方法。其中一种典型策略是采用并联的谐振控制器，以控制不同频率的信号。但这种并联结构难以实现给定电流跟踪和干扰抑制的解耦，造成暂态响应超调和振荡等现象。此外，国内外学者将改进的重复控制器与扰动观测器结合提出了相应的控制策略，但重复控制器较慢的收敛速度限制了电流控制器动态响应快速性的提升。另一种方法是采用状态空间法设计扰动观测器，以实现特定谐波抑制。但随着内模数量的增多，计算量也迅速增加。除上述策略外，还可以采用多带阻滤波器实现谐波抑制，但该方法中滤波器类型的选择和阶数的选取均较为复杂，限制了其在实际中的应用[⁷]。

参考文献

[1]Abeyasekera T,Johnson C M,Atkinson D J,et al.Suppression of linevoltage related distortion in current controlled grid connected inverters[J].IEEE Transactions on Power Electronics,2005,20(6):1393-1401