兼具快速动态响应的海岛NPC型电源高精度控制方法 |
|||||||
| 申请号 | CN201710430013.6 | 申请日 | 2017-06-09 | 公开(公告)号 | CN107204630A | 公开(公告)日 | 2017-09-26 |
| 申请人 | 湖南大学; | 发明人 | 陈燕东; 谢志为; 周乐明; 周小平; 伍文华; 杨苓; 何志兴; 徐千鸣; 罗安; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种兼具快速动态响应的海岛NPC型电源高 精度 控制方法，通过负载 电流 的中高频分量前馈，有效提高了系统的动态响应速度，并降低冲击性负荷下电源 输出 电压 的剧烈扰动，增强了海岛NPC型电源的抗扰性能；同时电压外环采用QPR+重复控制，实现了输出电压在基频和主要次谐波 频率 处的无静差控制，从而提高了海岛NPC型电源输出电压的控制精度;能够有效提高系统的动态响应性能及其输出电压的控制精度，增强了系统 稳定性 ，解决了海岛国防设施和民用设备的可靠供电难题。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种兼具快速动态响应的海岛NPC型电源高精度控制方法，其特征在于，包括以下步骤： |
||||||
| 说明书全文 | 兼具快速动态响应的海岛NPC型电源高精度控制方法技术领域[0001] 本发明涉及海岛特种负荷供电领域，特别是关于一种兼具快速动态响应的海岛NPC型电源高精度控制方法。 背景技术[0002] 随着社会经济的发展，人类对电力的需求日益增大，电力应用的区域范围越来越扩大，随着供电用电环境和所带负荷均越来越复杂，对电能质量的挑战越来越大。其中，海 岛自然环境特别恶劣，使得电源系统难以长时间高可靠运行，在70度以上的高温中更是故 障频发，同时金属设施在“天然腐蚀箱”环境中受腐蚀严重。同时，海岛电源常工作于弱电网或独立供电模式下，极易影响电源的鲁棒性能与抗扰性能，并造成电源供电不可靠。另一方 面，海岛冲击性负荷不仅会影响到电网环境的安全稳定，也会对相关电力设备产生影响。对 于冲击性无功负荷引起的系统电压波动，一般采用在各车间设置静止型动态无功补偿装置 (SVC装置)，但这种方法经济适用性不高并且不适用于环境多变的海岛；发生大扰动情况将 会加重冲击性负荷对暂态稳定性的影响。在研究实例中，当该地区电网发生诸如机组跳机、 线路断路等大扰动的情况下，可以通过迅速切除部分大容量冲击负荷的措施来维持系统的 稳定，但对于用户来说，这种方法带来了极大的不便。如何增强系统的抗扰性、提升系统的 动态响应性能以及提高系统的输出精度，成为近年来的研究热点。 发明内容[0003] 本发明旨在提供一种兼具快速动态响应的海岛NPC型电源高精度控制方法，提高系统的动态响应速度，并降低冲击性负荷下电源输出电压的剧烈扰动，增强海岛NPC型电源 的抗扰性能；提高海岛NPC型电源输出电压的控制精度。 [0004] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种兼具快速动态响应的海岛NPC型电源高精度控制方法，包括以下步骤： [0005] 1)在每个采样周期的起始点，对海岛NPC型电源逆变器交流侧的滤波电容电压uo_abc、输出电流io_abc以及负载电流iLoad_abc分别进行采样，将经过AD转换器转换后的数据送给DSP控制器； [0006] 2)将采样得到的负载电流iLoad_abc的中高频分量前馈，得到前馈量Δu_abc； [0008] 4)将实际电压参考值 与滤波电容电压uo_abc作差，得到电压误差量Δu1_abc； [0009] 5)将电压误差量Δu1_abc经重复控制得到电流量i1_abc；电压误差量Δu1_abc通过QPR控制后得到QPR控制电流参考值iref2_abc； [0010] 6)将步骤5)中的电流量i1_abc经补偿器Gs(s)补偿后得到重复控制电流参考值iref1_abc； [0011] 7)将重复控制电流参考值iref1_abc加上QPR控制电流参考值iref2_abc得到电流内环参考指令iref_abc，并与逆变器输出电流iL_abc相减得到电流误差量ΔiL_abc； [0012] 8)将电流误差量ΔiL_abc经PI调节后，得到PWM调制波信号ur_abc； [0014] 所述电压指令信号uref_abc与电流内环参考指令iref_abc存在以下关系： [0015] [0017] 步骤2)中，前馈的传递函数H1(s)为： 其中，KLoad为负载电流前馈系数，s为拉普拉斯变换因子，ωd为截止频率。 [0018] 步骤5)中，重复控制传递函数 其中，J为重复控制的内模系数，ω0为电网角频率，Krc为重复控制的比例系数。 [0019] 步骤6)中，补偿器Gs(s)表达式为： 其中，Nc为超前的开关周期数；Ts为开关周期；GLPF(s)为低通滤波器的传递函数。 [0020] QPR控制的传递函数为： 其中，Kp为QPR控制的比例系数，Ki为QPR控制的积分系数，ωc为谐振带宽，ω0为电网角频率。 [0021] 与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明通过负载电流的中高频分量前馈，有效提高了系统的动态响应速度，降低了冲击性负荷下电源输出电压的剧烈扰动， 增强了海岛NPC型电源的抗扰性能；同时电压外环采用QPR+重复控制，实现了输出电压在基 频和主要次谐波频率处的无静差控制，从而提高了海岛NPC型电源输出电压的控制精度；本 发明能够有效提高系统的动态响应性能及其输出电压的控制精度，增强了系统稳定性，解 决了海岛国防设施和民用设备的可靠供电难题。 附图说明 [0022] 图1为本发明一实施例兼具快速动态响应的海岛NPC型电源高精度控制系统结构图； [0023] 图2为本发明一实施例兼具快速动态响应的海岛NPC型电源高精度控制方法控制框图。 具体实施方式[0024] 如图1所示，本发明一实施例兼具快速动态响应的海岛NPC型电源高精度控制系统结构图包括模块结构、控制系统两部分。所述模块结构为n(n＝1,2,3…)个海岛NPC型电源 结构子模块并联于交流母线上。所述的子模块包括前级LCL滤波电路、前级全控整流电路、 后级直流储能电容、后级多电平逆变电路、后级LC滤波电路。所述后级LC滤波器接入交流母 线，通过交流母线与负载相连；所述后级多电平逆变电路采用单相二极管钳位型三电平逆 变电路，与后级LC滤波器一同工作，既能避免复杂的电路结构带来的控制和稳定性问题，又 可对高频谐波电流起到较大的衰减作用，其中，C1、C2为后级直流储能电容，钳位二极管D11、D12、D21、D22、D31、D32与功率管T11、T12、T13、T14、T21、T22、T23、T24、T31、T32、T33、T34构成二极管钳位型三电平逆变电路，电感La、Lb、Lc与电容Ca、Cb、Cc并联成后级LC滤波器，uo_abc为三相输出相电压，iL_abc为逆变侧输出相电流，N’为中性点，iLoad_abc为三相负载电流，ur_abc为PWM调制波信号，uref_abc为电压指令信号，iref_abc为电流内环参考指令。所述控制系统包括冲击性负载高频电流分量前馈、电压外环QPR+重复控制、电流内环PI控制、载波层叠PWM控制，得到逆变电路各开关管的触发脉冲，控制逆变电路开关管的开通与关断。 [0025] 图2为控制框图，在每个采样周期的起始点，对三相输出相电压uo_abc、输出相电流io_abc以及三相负载电流iLoad_abc分别进行采样，将经过AD转换器转换后的数据送给DSP控制器进行处理；将采样得到的三相负载电流iLoad_abc的中高频分量引入前馈提高系统的动态响应速度,得到前馈量Δu_abc；其中前馈系数为: [0026] [0027] 其中，KLoad为负载电流前馈系数，s为拉普拉斯变化因子，ωd为截止频率； [0028] 将电压指令信号uref_abc与前馈量Δu_abc作差，得到实际电压参考值 [0029] 电压外环控制器GQPR+RC(s)采用准比例谐振+重复控制来实现输出电压在基频和主要次谐波频率处的无静差控制，从而达到海岛NPC型电源输出电压的控制精度的目的。其在 等效连续域的表达式为： [0030] [0031] 其中,Kp为比例系数，Ki为积分系数，ωc为谐振带宽，ω0为电网角频率，J为内模系数，Krc为比例系数，Gs(s)为补偿器传递函数： [0032] [0034] 将式(1)进行适当数学变换，则有 [0035] [0036] 由于存在等式变换： [0037] [0038] 那么，式(4)可展开为： [0039] [0040] 式中：ωc为谐振带宽，可减小公共母线的基波频率波动对重复控制增益的影响。其与重复控制的内模系数J存在以下数学关系： [0041] [0042] 考虑到公共母线基波频率的波动范围可被限定在±0.5Hz范围内，容易计算出J的取值为0.92。 [0043] 经重复控制得到的重复控制电流参考值iref1_abc加上经QPR控制得到的QPR控制电流参考值iref2_abc，得到电流内环参考指令iref_abc，并与逆变器输出电流iL_abc相减得到电流误差量ΔiL_abc；ΔiL_abc经过PI调节后，得到移相PWM调制波信号ur_abc。 |
||||||
