[发明专利]一种静止无功发生器抗干扰控制器及其设计方法

说明书

本发明公开了一种静止无功发生器抗干扰控制器及其设计方法，所述的控制器包括输入单元、坐标变换单元、直流电压调节模块、扰动观测单元1、扰动观测单元2、功率因数调节模块、扰动观测单元3和SVPWM单元。本发明采用的扰动观测器将外部干扰及系统参数变化造成的实际对象与理想模型的差异，等效地视为控制输入端，观测出等效干扰，并且在控制中加入等量的补偿，实现了对干扰的抑制。本发明将除状态变量之外的参数均视为不确定项，并用扰动观测器进行估计。简化了结构模型，使得控制器的设计思路清晰，简化控制方法，易于实现。本发明采用了反步法的思路，逐步设计控制方案，将控制器的设计过程结构化。

技术领域

本发明涉及一种用于静止无功发生器直接电流控制方法，尤其是一种静止无功发生器抗干扰控制器及其设计方法。

背景技术

静止无功发生器是基于自换相变流电路的新型无功补偿设备，通过电抗器将基于结合了脉冲宽度调制技术的整流器(PWM整流器)拓扑结构的静止无功发生器与电网连接，整流器直流侧加设电容用来稳定直流侧电压，并与电网进行能量交换。采用合适的控制策略，通过控制开关管的通断来控制整流器交流侧电压的幅值和相位，或者采用直接电流控制，控制整流器输出的电流，使得静止无功发生器发出或是吸收电网电流的无功分量，实现补偿电网无功功率的目的。相比于早期的无功补偿装置，静止无功发生器补偿范围广泛，由于PWM整流器四象限运行特性，静止无功发生器既可以补偿感性无功，也可以补偿容性无功。并且静止无功发生器自身不易产生谐波，使用的连接电抗器与直流侧电容容量较小，装置体积和成本低。

静止无功发生器的控制方法主要分为两大类：一类是间接电流控制，另一类是直接电流控制。间接电流控制主要以相幅控制为主，即通过控制交流侧电压的幅值与相位，间接控制交流侧的电流。间接电流控制的优点在于控制简单，减少了电流反馈控制，但是采用间接控制方法时，电流的动态响应效果不理想，控制效果受系统参数影响较大。直接电流控制是采用适当的脉冲宽度调制(PWM)技术产生PWM波控制主电路中开关元件的通断，进而直接控制静止无功发生器交流侧的无功电流。然而采用不同的PWM技术各有优缺点。如固定开关频率PWM电流控制的算法简单，易于实现，对网侧电感的设计要求低。但这种方法需要较高的开关频率，因此对开关元件的要求较高；滞环PWM控制方法可以提高电流的响应速度，动态跟踪效果好，但是对网侧电感要求较高，开关损耗也有明显增大。

综上所述，在对静止无功发生器的控制研究中，在控制器设计以及控制效果方面，现有技术存在以下不足：第一，现有静止无功发生器控制方法对系统参数依赖性较强，控制效果受参数影响明显。第二，一些现有的控制方法对静止无功发生器开关元件要求较高，大幅度提高了无功补偿成本。第三，为了达到理想的控制效果，采用两种以上控制算法复合控制，设计的控制器较复杂，加大实现难度。

发明内容

为解决上述方法存在的不足，本发明要提出一种静止无功发生器抗干扰控制器及其设计方法，在实现静止无功发生器无功补偿的同时，降低补偿成本、提高系统抗干扰能力、简化控制系统设计，实现对干扰的抑制。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种静止无功发生器抗干扰控制器，包括输入单元、坐标变换单元、直流电压调节模块、扰动观测单元1、扰动观测单元2、功率因数调节模块、扰动观测单元3和SVPWM单元，所述的输入单元从电网、静止无功发生器以及负载端采集的三相静止坐标系下的电压电流信号；所述的坐标变换单元接收输入单元输出的信号变换到两相旋转坐标系的电压电流信号，输出端分别与扰动观测单元1、直流电压调节模块输入端、功率因数调节模块输入端、扰动观测单元2和扰动观测单元3相连。所述的直流电压调节模块输出端与SVPWM单元输入端相连。所述的扰动观测单元1输出端与直流电压调节模块输入端相连。所述的扰动观测单元2输出端与直流电压调节模块输入端相连。所述的功率因数调节模块输出端与SVPWM单元输入端相连。所述的扰动观测单元3输出端与功率因数调节模块输入端相连。所述的SVPWM单元产生调制信号控制静止无功发生器主电路中开关管的状态。所述的SVPWM单元为空间电压矢量调制单元，