一種基于重復(fù)滑模的gsc控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于變流器控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于重復(fù)滑模的GSC控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] GSC(并網(wǎng)三相電壓源型變流器）由于具有包括能量可雙向流動、功率因數(shù)可調(diào)、諧 波污染少等諸多優(yōu)點，在功率因數(shù)補(bǔ)償、可再生能源、直流輸電、有源濾波等領(lǐng)域均有廣泛 的應(yīng)用。由于GSC與電網(wǎng)直接相連，實際電網(wǎng)中的不平衡及諧波污染等非理想特性將直接影 響其運(yùn)行性能和輸出電能質(zhì)量。Xu H，Hu J，He Y在文獻(xiàn)"Integrated modeling and enhanced control of DFIG under unbalanced and distorted grid voltage conditions"（IEEE Transaction on Energy Conversion，2012)中表明，此時GSC輸出電流 會發(fā)生嚴(yán)重的不平衡和諧波畸變，這將對電網(wǎng)造成進(jìn)一步污染。為改善該情況下GSC的運(yùn)行 性能，目前文獻(xiàn)主要基于以下技術(shù)提高GSC系統(tǒng)對不平衡及諧波電流的控制能力：1)基于諧 振調(diào)節(jié)器的矢量/直接功率控制技術(shù);2)重復(fù)控制技術(shù);3)諧振滑模控制技術(shù)。其中王輝等 在文獻(xiàn)"電網(wǎng)電壓不平衡下直接功率矢量控制"（電力電子技術(shù)，2012)中采用基于諧振調(diào)節(jié) 器的直接功率控制技術(shù)；Shen G、Zhu X和Zhang J等在文獻(xiàn)"A new feedback method for PR current control of LCL-fliter-based grid-connected inverter"（EEE Transactions on Industrial Electronics，2010)中米用基于諧振調(diào)節(jié)器的矢量控制策 略;全宇和年珩在文獻(xiàn)"不平衡及諧波電網(wǎng)下并網(wǎng)逆變器的諧振滑?？刂萍夹g(shù)"（中國電機(jī) 工程學(xué)報，2014)中采用基于諧振控制器的滑模控制策略。這類文獻(xiàn)都通過使用諧振調(diào)節(jié)器 對諧振點處的諧波電流分量進(jìn)行單獨控制，一個諧振調(diào)節(jié)器只能對處于諧振頻率處的特定 次諧波進(jìn)行控制。如需要對所有可能出現(xiàn)的諧波電流進(jìn)行控制時，需要數(shù)目相當(dāng)大的不同 諧振頻率的諧振調(diào)節(jié)器。過多的諧振調(diào)節(jié)器使得系統(tǒng)出現(xiàn)更多的閉環(huán)極點，對系統(tǒng)穩(wěn)定性 造成不利影響。重復(fù)控制技術(shù)中的重復(fù)控制器可對基波及所有諧波頻率處電流進(jìn)行控制， 能適應(yīng)實際電網(wǎng)中難以預(yù)計的諧波畸變情況。然而，由于重復(fù)控制存在一個基波周期的延 時，系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)比較緩慢。諧振滑模控制技術(shù)中，其構(gòu)造滑模面的過程中加入了諧振調(diào)節(jié) 器，使得系統(tǒng)在該諧振頻率處能實現(xiàn)無靜差控制，同時也保留了滑模控制系統(tǒng)快速的動態(tài) 響應(yīng)能力。然而，與基于諧振控制器的矢量控制相似，該控制技術(shù)作用于特定次諧波。若考 慮電網(wǎng)可能出現(xiàn)的所有諧波畸變情況，需要加入過多的諧振調(diào)節(jié)器，這將降低系統(tǒng)的穩(wěn)定 裕度，如圖1所示。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于重復(fù)滑模的GSC控 制方法，能夠提高系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)速度，并控制所有可能出現(xiàn)的諧波電流。
[0004] -種基于重復(fù)滑模的GSC控制方法，包括如下步驟：
[0005] 步驟（1)采集GSC的三相進(jìn)線電壓、三相進(jìn)線電流和直流母線電壓，通過Park變換 確定三相進(jìn)線電壓和三相進(jìn)線電流在同步速旋轉(zhuǎn)d_q坐標(biāo)系中的分量；
[0006] 步驟(2)根據(jù)所述的直流母線電壓通過PI調(diào)節(jié)，計算得到有功電流參考量；
[0007] 步驟(3)根據(jù)參考電流和三相進(jìn)線電流在同步速旋轉(zhuǎn)d-q坐標(biāo)系中的分量通過重 復(fù)控制器調(diào)節(jié)，計算得到電流滑模值Sd和S q;
[0008] 步驟(4)根據(jù)所述的電流滑模值Sd和sq，計算滑?？刂浦械拈_關(guān)控制量；
[0009] 步驟(5)計算滑?？刂浦械牡刃Э刂屏浚瑢⒌刃Э刂屏亢烷_關(guān)控制量相加，得到滑 ?？刂频碾妷褐噶钤谕剿傩D(zhuǎn)d-q坐標(biāo)系中的分量;通過Park反變換將在同步速旋轉(zhuǎn)d-q 坐標(biāo)系中的電壓指令分量，變換為在同步速旋轉(zhuǎn)d-q坐標(biāo)系中的電壓指令分量;進(jìn)而根據(jù)電 壓指令在同步速旋轉(zhuǎn)d-q坐標(biāo)系中的分量通過SVPWM技術(shù)構(gòu)造得到一組PWM信號以對GSC進(jìn) 行控制。
[0010] 所述的步驟(2)中，根據(jù)以下算式進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，計算得到d軸電流參考量；
[0011]
[0012] AUdc = Udcref-Udc
[0013] 其中：Udc為GSC的直流母線電壓，Udcref為給定的參考直流母線電壓，Idref為d軸電流 參考量，心和心分別為給定的比例系數(shù)和積分系數(shù)，S為拉普拉斯算子。
[0014] 所述的步驟(3)中，根據(jù)以下算式進(jìn)行重復(fù)控制器調(diào)節(jié)，計算得到電流滑模值Sd和 Sq：
[0015]
[0016]
[0017] 其中：Δ Id = Idref-Id，Δ Iq=Iqref-Iq;Idref和I qref分別為d軸電流參考量和q軸電流 參考量，l4PIq分別為三相進(jìn)線電流在同步速旋轉(zhuǎn)d-q坐標(biāo)系中的d軸分量和q軸分量，ki為 給定的積分系數(shù)，k r為給定的重復(fù)控制系數(shù)，kf為提高重復(fù)控制穩(wěn)定性的給定系數(shù)，s為拉普 拉斯算子，τ = 0.01。
[0018] 所述的步驟(4)中，根據(jù)電流滑模值Sd和Sq通過以下算式計算滑?？刂浦械拈_關(guān)控 制量：
[0019] Δ Vd = kssat(Sd)+ki Δ Id
[0020] Δ Vq = kssat(Sq)+ki Δ Iq
[0021] 其中：Δ Vd和Δ Vq分別為滑?？刂浦械拈_關(guān)控制量在同步速旋轉(zhuǎn)d-q坐標(biāo)系中的d 軸分量和q軸分量，sat為飽和函數(shù)，ks為給定的滑模控制系數(shù)。
[0022]所述的步驟(5)中，根據(jù)以下算式計算滑?？刂浦械牡刃Э刂屏浚?br>[0023] Vd_eq = Ud-RId+〇LIq
[0024] Vq_eq = Uq-RIq-〇LId
[0025] 其中：Vd^q和Vuq分別為滑模控制中的等效控制量在同步速旋轉(zhuǎn)d-q坐標(biāo)系中的d 軸分量和q軸分量，Ud和Uq分別為三相進(jìn)線電壓在同步速旋轉(zhuǎn)d_q坐標(biāo)系中的d軸分量和q軸 分量，ω為三相進(jìn)線電壓角頻率，ω = 314rad/s。
[0026] 本發(fā)明能夠較大的提高系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度，減小在背景諧波干擾下的交流誤 差。此外，本發(fā)明能夠確保任意背景諧波干擾下，輸出電流正弦對稱，使其滿足電網(wǎng)公司規(guī) 定的并網(wǎng)諧波標(biāo)準(zhǔn)，從而有效提高弱電網(wǎng)電壓條件下向電網(wǎng)輸入的電能質(zhì)量，確保電力系 統(tǒng)的穩(wěn)定性及安全。本發(fā)明采用基于重復(fù)滑?？刂萍夹g(shù)，在滑模面構(gòu)造中加入重復(fù)控制調(diào) 節(jié)器，其中所調(diào)節(jié)的周波頻率為50Hz，可增強(qiáng)滑?？刂破髟诖巳我庵C波頻率下的控制能力， 以此消除由電網(wǎng)電壓中任意次諧波分量對控制精度帶來的不利影響。
[0027] 相比于基于諧振控制器的矢量控制方法，本發(fā)明采用滑?？刂品椒ǎ蟠蟮靥岣?了 GSC控制系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度，更好地滿足系統(tǒng)參與電網(wǎng)功率調(diào)度的要求;相比傳統(tǒng)的滑 模控制方法，本發(fā)明在構(gòu)造滑模面的過程中引入重復(fù)控制，能消除由于電網(wǎng)電壓任意次諧 波所引其的不利影響，對所有可能出現(xiàn)的諧波電流進(jìn)行控制，從而達(dá)到穩(wěn)定的輸出，較小的 穩(wěn)態(tài)誤差，進(jìn)而達(dá)到預(yù)期控制效果；總體來說，對比傳統(tǒng)的控制方法，本發(fā)明既能提高系統(tǒng) 的動態(tài)性能，又能保證優(yōu)越的穩(wěn)態(tài)精度，有效提高該類變流器在實際電網(wǎng)下輸出電能質(zhì)量 的能力。
[0028]本發(fā)明方法適用于各種采用高頻開關(guān)自關(guān)斷器件構(gòu)成的各類形式PWM控制的三相 或者單相整流/逆變裝置，柔性輸電系統(tǒng)的電力電子整流/逆變裝置。
【附圖說明】
[0029] 圖1為傳統(tǒng)的指定k次諧波的GSC控制方法的原理流程示意圖。
[0030] 圖2為本發(fā)明GSC控制方法的原理流程示意圖。
[0031] 圖3為電網(wǎng)含5%不平衡和5%7次諧波畸變下采用本發(fā)明控制方法GSC的穩(wěn)態(tài)仿真 波形圖。
[0032] 圖4為電網(wǎng)含5% 11次和5% 13次諧波畸變下采用本發(fā)明控制方法GSC的穩(wěn)態(tài)仿真 波形圖。
[0033] 圖5為電網(wǎng)含5 %不平衡和5 % 19次諧波畸變下采用本發(fā)明控制方法G S C的動態(tài)仿 真波形圖。
【具體實施方式】
[0034] 為了更為具體地描述本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及【具