[发明专利]应用于并网逆变器电流控制的改进重复控制器设计方法

摘要

本发明属于分布式能源的并网、控制与保护技术领域，涉及一种应用于并网逆变器电流控制的改进重复控制器设计方法，包括确定并网逆变器电流控制环的被控对象P(s)；确定并网逆变器电流控制环的控制反馈量；计算并网逆变器电流控制的误差信号；确定改进重复控制器结构；设计改进重复控制器参数，包括对并联比例控制器比例系数kP、一阶低通滤波器Q(z)参数、补偿器比例系数k、二阶低通滤波器L(z)参数以及超前环节zm的m值的设计。本发明可以实现并网逆变器输出电流对参考电流的快速精确跟踪。

主权项

一种应用于并网逆变器电流控制的改进重复控制器设计方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)确定并网逆变器电流控制环的被控对象P(s)电流控制环的被控对象包括三相半桥逆变电路及其出口滤波器，其在连续域下的表达式为P(s)＝kPWM·Gfilter(s)其中，kPWM为等效于三相半桥逆变电路的常数增益，其值等于直流侧电压值的0.5倍，Gfilter(s)为出口滤波器输入到输出的传递函数；(2)确定并网逆变器电流控制环的控制反馈量将并网逆变器输出电流ia、ib和ic，这三相电流经过Clarke变换后得到两相静止坐标系下的电流分量iα和iβ，将iα和iβ作为并网逆变器电流控制环的控制反馈量；(3)计算并网逆变器电流控制的误差信号参考电流iαref和iβref分别与反馈量iα和iβ作差得到并网逆变器电流控制的误差信号eα和eβ，其中，参考电流iαref和iβref为给定的基波正弦电流；(4)确定改进重复控制器结构改进重复控制器的输入为误差信号ex(x＝α,β)，输出为调制信号ixoutput(x＝α,β)，输入到输出的传递函数在离散域下的表达式为G(z)=kP+z-N1-Q(z)·z-N·k·L(z)·zm]]>其中，kP为并联比例控制器比例系数，z‑N为基波延迟单元，N为每基波周期采样次数，z为离散域算子，Q(z)为一阶低通滤波器，k为补偿器比例系数，L(z)为二阶低通滤波器，zm为超期环节；(5)设计改进重复控制器参数，包括对并联比例控制器比例系数kP、一阶低通滤波器Q(z)参数、补偿器比例系数k、二阶低通滤波器L(z)参数以及超前环节zm的m值的设计，具体设计流程如下：(5.1)使用零阶保持器法对连续域被控对象P(s)进行离散化，得到离散域被控对象P(z)；(5.2)考虑系统的数字控制延时，将并联比例控制器等效为系统被控对象的一部分，系统等效被控对象K(z)的表达式为K(z)=P(z)·z-11+kP·P(z)·z-1]]>(5.3)确定并联比例控制器比例系数kP将K(z)视作一个以kP为变量的离散闭环系统，采用离散域奈奎斯特稳定性判据确定使K(z)稳定的kP的取值范围；利用MATLAB作出不同kP值下K(z)的对数幅频特性曲线，在保证K(z)稳定的前提下，选取合适的kP使K(z)在中低频段的幅值增益衰减程度小且谐振峰峰值较小；(5.4)设计一阶低通滤波器参数一阶低通滤波器Q(z)由连续域一阶低通滤波器Q(s)经双线性变换法离散化得到，Q(s)的表达式为Q(s)=ωcs+ωc]]>其中，ωc为截止频率，ωc越大，控制器稳态跟踪精度就越高，但稳定裕度也越小，ωc取等效被控对象K(z)的谐振频率；(5.5)确定补偿器比例系数k，使k·K(z)在低频段的幅值增益为单位增益；(5.6)设计二阶低通滤波器参数二阶低通滤波器L(z)由连续域二阶低通滤波器L(s)经双线性变换法离散化得到，L(s)的表达式为L(s)=ωn2s2+2ξωns+ωn2]]>其中，ξ为二阶系统的阻尼比，ωn为二阶系统的无阻尼自然振荡频率，选取合适的ξ和ωn，使二阶低通滤波器实现对k·K(z)在中低频段幅值增益小幅衰减的补偿以及在谐振频率处小幅谐振的抑制；(5.7)确定超前环节zm的m值选取合适的m值(m取正整数)，使Q(z)与k·K(z)L(z)·zm的对数相频特性曲线在中低频段尽量贴合；(5.8)验证所设计改进重复控制器的稳定性：利用MATLAB作出[Q(z)‑k·K(z)L(z)·zm]的对数幅频特性曲线，若|Q(z)‑k·K(z)L(z)·zm|<1在全频段内恒成立，则所设计改进重复控制器稳定；若|Q(z)‑k·K(z)L(z)·zm|<1在全频段内不恒成立，返回(5.4)对控制器的参数重新进行设计与调整。