[發明專利]一種單相脈沖整流器電流內環控制器的優化方法

有效

• 申請號: 201711086336.4
• 申請日: 2017-11-07
• 公開（公告）號: CN107769594B
• 公開（公告）日: 2019-08-13
• 發明（設計）人: 宋文勝;劉碧;馮曉云
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H02M7/219
• 分類號: H02M7/219
• 代理公司: 成都正華專利代理事務所(普通合伙) 51229
• 代理人: 何凡;李蕊

本發明公開了一種單相脈沖整流器電流內環控制器的優化方法，包括構建有功電流和無功電流的目標函數，根據輸入電壓的端點軌跡，構建輸入電壓在旋轉坐標系下的橢圓軌跡函數，根據有功電流和無功電流的目標函數以及輸入電壓的橢圓軌跡函數，推導輸入電壓的表達函數；構建評價函數J(k)，并通過評價函數J(k)對輸入電壓橢圓軌跡半徑進行求導處理；根據輸入電壓的表達式和評價函數J(k)對輸入電壓橢圓軌跡半徑求導，推導最優控制量u_abd(k)和u_abq(k)，對最優控制量進行坐標變換，轉換為靜止坐標系下的軸分量。

技術領域

本發明屬于電力電子的技術領域，具體涉及一種單相脈沖整流器電流內環控制器的優化方法。

背景技術

單相脈沖寬度調制(pulse width modulation,PWM)整流器具有能量可雙向流動、高功率因數、電流諧波小、直流側電壓可調等優點，已廣泛應用鐵路機車牽引、新能源發電及不間斷電源等領域。近幾十年來，單相PWM整流器控制方法日新月異，國內外相繼提出了許多控制方法，對于這些控制方法大致可以分為電流控制和功率控制。

目前，電流控制已在單相PWM整流器系統中得到廣泛的應用，其主要包括滯環電流控制、瞬態電流控制、dq軸電流解耦控制和模型預測電流控制等。其中，由于dq軸電流解耦控制內環采用PI控制器直接控制有功和無功電流，因此dq軸電流解耦控制又叫基于PI控制器(PI-based)的直接電流控制(direct current control,DCC)。PI-based DCC以其良好穩態性能同時固定了開關頻率，在我國電力機車和高速動車組中得到了廣泛的應用。

在PI-based DCC系統中，調制電壓矢量由穩態量和動態量兩部分組成，其中動態量為內環電流PI控制器的輸出。由于不同的內環有功、無功電流與各自的給定值誤差，即PI控制器的輸入，與PI控制器參數，都會導致不同的PI控制器的輸出。因此在dq坐標系下，調制電壓矢量端點的軌跡為一橢圓形區域，其中橢圓圓心由調制電壓中的穩態量決定，半徑為內環PI控制器的輸出。因此PI-based DCC算法性能主要取決與系統PI控制器參數的調節與整定。而當系統運行條件及環境(如功率等級、電路參數及輸入電壓等)發生變化時，為了實現良好的控制效果，PI控制器的參數需要重新調節與優化，所以一組固定的PI參數是不滿足實際應用的，而且PI參數的設計與整定很是復雜且其動態響應慢。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術中的上述不足，提供一種單相脈沖整流器電流內環控制器的優化方法，以解決現有電流直接控制內環控制器動態響應慢和控制參數設計復雜的問題。

為達到上述目的，本發明采取的技術方案是：

提供一種單相脈沖整流器電流內環控制器的優化方法，其包括：

S1、構建單相脈沖整流器的有功電流和無功電流的目標函數：

其中，Δ_P和Δ_Q分別為有功電流和無功電流的誤差標幺值，i_d和i_q為網側電流在旋轉坐標系下d、q軸分量；

S2、根據輸入電壓的端點軌跡，構建輸入電壓在旋轉坐標系下的橢圓軌跡函數：

其中，和U_z分別為橢圓的長、短半徑，且系數k>0，U_z≥0，u_abd和u_abq分別表示整流器輸入電壓在旋轉坐標系下的d軸分量和q軸分量，u_{d_S}、u_{q_S}分別u_abd、u_abq的穩態分量；

S3、根據有功電流和無功電流的目標函數以及輸入電壓的橢圓軌跡函數，計算輸入電壓；