一种基于扩张状态观测器滑模控制的高铁低频振荡抑制方法
专利汇可以提供一种基于扩张状态观测器滑模控制的高铁低频振荡抑制方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开一种基于扩张状态观测器滑模控制的高 铁 低频振荡抑制方法，先构建动车组网侧 整流器 状态空间 模型；再将负载变化视为扰动，对状态空间模型建立扩张状态观测器，得到负载功率估计值；结合控制目标，选取控制系统的输出，建立基于外环 电压 控制的两个滑模面，结合负载功率估计值，得到网侧 电流 无功分量参考值，完成滑模面表达式的求取；求取 开关 函数，再将开关函数与直流侧电压相乘，得到控制电压；将控制电压变换为α-β 坐标系 分量，通过正弦 脉宽调制 输出控制脉冲。本发明将所有外部扰动视为一个状态变量，在负载突变的情况下，能够保持直流侧电压的恒定，可使网侧电流拥有更小的总谐波畸变率，保证车网耦合系统的 电能 质量 和系统 稳定性 。，下面是一种基于扩张状态观测器滑模控制的高铁低频振荡抑制方法专利的具体信息内容。
1.一种基于扩张状态观测器滑模控制的高铁低频振荡抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A：定义网侧电流正交量，构建d-q旋转坐标系下动车组网侧整流器的状态空间模型；
步骤B：将负载变化视为扰动，对上述状态空间模型建立扩张状态观测器，得到负载功率的估计值；
步骤C：结合控制目标，选取控制系统的输出，建立基于外环电压控制的两个滑模面，结合步骤B得到的负载功率估计值，得到网侧电流无功分量的参考值，完成滑模面表达式的求取；
步骤D：对上述两个滑模面选取滑模控制趋近率，将步骤C建立的两个滑模面代入滑模控制趋近率，将得到的结果代入d-q旋转坐标系下动车组网侧整流器的状态空间模型，得到开关函数，将该开关函数与直流侧电压相乘，得到控制电压；
步骤E：将步骤D中得到的控制电压经过坐标变换得到α-β坐标系分量，再通过正弦脉宽调制输出控制脉冲。
2.根据权利要求1所述的基于扩张状态观测器滑模控制的高铁低频振荡抑制方法，其特征在于，所述步骤A的具体过程如下：
针对单相两电平拓扑结构，将交流侧电流in表示为iα，交流侧电动势en表示为uα，构建与iα、uα正交的虚拟量iβ、uβ，根据坐标变换遵循的等功率变换原则，得到
uαiα+uβiβ＝Udcidc
式中，Udc为直流侧稳定电压，idc为直流侧稳定负载电流；
定义uα＝SαUdc，uα是uab在α轴上的分量，uβ＝SβUdc，uβ是uab在β轴上的分量，uab为整流桥端口电压，Sα、Sβ是α-β坐标系下的理想开关函数；得到idc的表达式：
式中，udc为直流侧负载电压；
结合交流侧的KVL方程，将交流量、虚拟正交量表示在同一方程组中，得到
式中，L和R分别为车载变压器等效到次边的漏电感和漏电阻，C为直流侧支撑电容；eα即交流侧电动势en，eβ为en顺时针旋转90度后得到的与en正交的电压矢量，il为负载电流；进行两相静止坐标系到两相旋转坐标系的坐标变换，得到d-q旋转坐标系下动车组网侧整流器的数学模型：
式中，ed、eq分别为网侧电动势与虚拟正交分量分别在旋转坐标系中d轴与q轴的分量；
id、iq分别为网侧电动势与虚拟正交分量分别在旋转坐标系中d、q分量；根据定义，d轴分量表示有功分量，q轴分量表示无功分量，SdUdc、SqUdc则是uab相应的分量，表示成状态空间模型的矩阵形式：
得到动车组网侧整流器在两相旋转坐标系下矩阵形式的数学模型。
3.根据权利要求2所述的基于扩张状态观测器滑模控制的高铁低频振荡抑制方法，其特征在于，所述步骤B的具体过程如下：令
Pdq＝edid+eqiq， x2＝Pl；
其中，Pdq为交流侧功率；Pl＝ilRl是实际负载功率，Rl为等效负载电阻；为表达简便，x1和x2分别为代表 与Pl的状态变量；则d-q旋转坐标系下动车组网侧整流器的数学模型的第三个公式 简化为：
为设计扩张状态观测器，将上式表示为：
其中，f(t)表示x2的求导；
则一个线性的扩张状态观测器表示如下：
其中，z1和z2分别为x1和x2的估计值，通过扩张状态观测器得到，β1和β2为通过赫尔维兹稳定理论求得的正参数。
4.根据权利要求3所述的基于扩张状态观测器滑模控制的高铁低频振荡抑制方法，其特征在于，所述步骤C的具体过程如下：
选择Udc、iq为控制系统的输出，设 则 根据步骤A中得到的d-q旋
转坐标系下动车组网侧整流器状态空间模型的矩阵形式，推出其能控标准型
其中，ω为电网交流频率角速度；udc、iq、 的误差值 eφ分别表示为：
其中， 为直流侧电压的参考值； 为iq的参考值，φref为φ的参考值；
建立两个滑模面s1、s2分别与Udc、iq对应：
其中，α、α1、α2为放大增益，并用β代替 作为滑模控制的反馈系数；
将误差值 eφ的具体表达式代入上式，得到
将d-q旋转坐标系下动车组网侧整流器的数学模型以及直流侧电压参考值 代入上
式得到
将id分离，得到
式中，C、 是已知的常数，udc、iq、il通过对应的测量工具测得，β为预设的参数，Sd与Sq是开关函数，将 作为id的参考值；
根据d-q旋转坐标系下遵循功率不变原则
udid+uqiq＝Udcidc
根据控制目标，无功电流分量iq＝0，则
udid＝Udcidc
定义ud＝SdUdc，由于ud＝ed-Rid，上式表示为
(ed-Rid)id＝UdcSdid
则Sd的表达式为
由d-q旋转坐标系下动车组网侧整流器的数学模型
由于容量较大的变压器的电阻R极小，故忽略，又因为在理想情况下， eq＝0，
则
得到
将上式代入id的参考值 的表达式，得到
则
其中，il是由步骤B中的z2/Udc＝il得到，则通过上式可得到 的表达式
将滑模面改写为：
5.根据权利要求4所述的基于扩张状态观测器滑模控制的高铁低频振荡抑制方法，其特征在于，所述步骤D的具体过程如下：
对上所述两个滑模面s1、s2选取指数趋近率，得到
其中，ε1为常数，表示系统状态点趋近于滑模面s1(x)＝0的速率，速率与ε1的大小成正比；-k1s为指数趋近项，代表系统状态趋近滑模面的将滑模面的过程； 为滑模面s1的求导；
将滑模面的表达式代入
由于 在理想状态下为常数，故 则上式表示为
代入d-q旋转坐标系下动车组网侧整流器的状态空间模型，得到
将开关函数Sd、Sq表示出来
得到脉冲宽度调制所需控制电压
一种基于扩张状态观测器滑模控制的高铁低频振荡抑制方法
技术领域
背景技术
发明内容
具体实施方式
了建立扩张状态观测器，所有的扰动和未知量都被视为一个新的状态变量。对于动车组网侧整流器，实际负载功率不是恒定的，所以被视为外部干扰。因此，为设计扩张状态观测器，可表示为
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