[發明專利]一種基于PI和重復控制并聯的三相逆變器控制方法

在審

• 申請號: 201810908423.1
• 申請日: 2018-08-10
• 公開（公告）號: CN109104114A
• 公開（公告）日: 2018-12-28
• 發明（設計）人: 花清源;馬劍;陳鵬;田立嶺;徐宏武;王棟;佟妍
• 申請（專利權）人: 南京軌道交通系統工程有限公司
• 主分類號: H02M7/5387
• 分類號: H02M7/5387;H02M7/539
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

本發明公開了一種基于PI和重復控制并聯的三相逆變器控制方法，包括：建立三相逆變器在三相靜止坐標系的數學表達式，通過坐標變換將其轉換到同步旋轉坐標系下，確立三相逆變器的雙閉環控制控制框圖，電流環采用PI控制，電壓環采用PI和重復控制并聯的控制策略。本發明具有在帶非線性負載條件下降低三相逆變器輸出電壓波形總諧波畸變率的效果。

技術領域

本發明屬于電力電子和電力自動化設備的控制技術領域，具體涉及一種基于PI和重復控制并聯的三相逆變器控制方法。

背景技術

隨著城市化進程的迅速發展，給人們帶來舒適便利生活的同時，所帶來的附加問題是城市人口的急劇膨脹和交通出行的不便。地鐵列車運量大、速度快的優勢是其他交通工具所達不到的。同時，城市軌道交通具有節省土地、減少噪音、節約能源和減少污染等一系列特點，發展城市軌道交通已成為緩解城市交通擁堵的最佳選擇。

由于城市軌道交通站間距離短，車輛運行過程中存在頻繁啟動、加速、制動、停車等一系列動作，因此制動能量是相當可觀的，據統計制動能量高達牽引能量的30％。目前，我國絕大部分線路車輛將這部分制動能量都消耗在制動電阻上，造成能量的巨大浪費，引起隧道、站內環境溫度升高，加重散熱通風系統負擔，增加了能量的消耗，同時對隧道內其它電氣設備帶來了影響。因此通過軌道交通牽引系統能量回饋裝置將列車制動能量經過逆變升壓反饋至35kV中壓供電網，通過制動能量再利用，整體降低軌道交通列車能量損耗已變得極為重要。

通常三相逆變器的多采用PI控制的方案，包括有效值的PI控制和瞬時值的PI控制。在帶線性負載的條件，采用PI控制時輸出電壓波形總諧波畸變率較低；但是在帶非線性負載的條件下，PI控制總諧波畸變率高。而在大多數情況中，三相逆變器多帶非線性負載，這種條件下，采用PI控制的三相逆變器輸出波形已經無法滿足實際應用的需求。

發明內容

針對于上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種基于PI和重復控制并聯的三相逆變器控制方法，以實現三相逆變器在帶非線性負載條件下降低總諧波畸變率的效果。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案如下：

本發明的一種基于PI和重復控制并聯的三相逆變器控制方法，包括步驟如下：

1)建立三相逆變器在三相靜止坐標系的數學表達式；

2)通過Clark和Park坐標變換(3s/2r變換)將上述數學表達式轉換到同步旋轉坐標系下；

3)確立三相逆變器的雙閉環控制控制框圖；

4)電流環采用PI控制，電壓環采用PI和重復控制并聯。

進一步地，所述步驟1)具體包括：根據三相逆變器中的橋臂點電壓、輸出電壓、電感電流、輸出電流之間的關系經過拉普拉斯變換得到其在三相靜止坐標系abc軸下的矩陣表達式。

進一步地，所述步驟2)具體包括：對電壓和電流的矩陣表達式進行坐標變換，得到同步旋轉坐標系dq軸下的矩陣表達式；完成abc軸到dq軸的坐標變換，需要Clark變換和Park 變換兩個過程，Clark變換abc軸三相信號等效到α軸和β軸上，β軸超前α軸90°，α軸與a軸重合；Park變換將α軸和β軸信號等效到dq軸上，q軸超前d軸90°，dq軸以ω的角速度旋轉；abc坐標系下的電壓電流信號均為交流信號，PI控制無法對其進行無靜差的追蹤， dq軸下的電壓電流均為直流信號。

進一步地，所述步驟3)具體包括：在同步旋轉坐標系下建立一個電壓電流雙閉環的控制方案，其中電壓環的指令為輸出電壓給定值，電壓環的輸出作為電流環的指令，該控制方案還包括dq軸的電流電壓解耦。

進一步地，所述步驟4)具體包括：電流環采用PI控制來保證系統動態響應速度；為抑制輸出電壓的諧波，電壓環采用PI和重復控制并聯來抑制輸出電壓的諧波。