[發明專利]一種采用內嵌式解耦同步參考坐標變換的d-q解耦控制器設計方法

有效

• 申請號: 201910325121.6
• 申請日: 2019-04-22
• 公開（公告）號: CN109991844B
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 邵振國;楊少華;鄭文迪;陳飛雄;周琪琪
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: G05B13/02
• 分類號: G05B13/02
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

本發明涉及一種采用內嵌式解耦同步參考坐標變換的d?q解耦控制器設計方法，包括以下步驟：步驟S1：提取三相靜止坐標系下的交流量；步驟S2：進行外層同步參考坐標系變換；步驟S3：將d?q參考坐標系下直流目標量和諧波干擾量進行相位移動至三相量；步驟S4：進行內嵌同步參考坐標系變換；步驟S5：對直流目標量和諧波干擾量進行解耦，得到直流目標量；步驟S6：判斷紋波含量是否滿足精度要求，若是，則進入步驟S7，否則返回步驟S3；步驟S7：將直流目標量輸入值d?q解耦控制器中。本發明可以在有背景諧波的情況下，準確簡便的實現同步參考坐標系變換。

技術領域

本發明涉及電力系統領域，特別適用于需要使用坐標變換的控制器設計領域，提出了一種采用內嵌式解耦同步參考坐標變換的d-q解耦控制器設計方法。

背景技術

基于同步參考坐標系變換的d-q解耦控制器在電力系統中的應用非常廣泛，例如鎖相環(Phase-Locked Loop,PLL)。由于背景諧波的存在，會使同步參考坐標系變換的結果夾雜紋波分量，這對后續的d-q解耦控制器造成很大的影響。準確實現同步參考坐標系變換，使解耦后的d-軸、q-軸分量唯一對應正序基波分量，這是d-q解耦控制器設計、運行的重要依據。

傳統的d-q解耦控制器采用的同步參考坐標變換方法主要有單同步參考坐標系法(Single Synchronous Reference Frame,SSRF)與解耦雙同步旋轉坐標系法(DecoupledDouble Synchronous Reference Frame,DDSRF)。這兩種方法都無法完全擺脫背景諧波對坐標變換帶來的不良影響。SSRF會使背景諧波按照派克變換的傳變規律向d-軸和q-軸分量傳遞。DDSRF使用低通濾波器(Low Pass Filter,LPF)對背景諧波進行了簡單的處理，但是還是沒有避免背景諧波由三相靜止坐標系向變換后的同步參考坐標系進行傳遞。

SSRF是利用派克變換(abc-to-dq0)將電信號從靜止的三相坐標系變換到旋轉的同步坐標系當中，其原理表達式如下所示：

u_dq＝T_3s-dq(θ)u_abc

其中，

從表達式分析可得：背景諧波能通過派克變換的諧波傳變規律饋入坐標變換后的d-軸和q-軸。SSRF無法對背景諧波進行處理，故基于SSRF的d-q解耦控制器存在嚴重不足。

DDSRF技術的基本原理是用雙同步旋轉坐標變換消去負序基波分量，用低通濾波器的方法去除諧波分量，從而達到輸出信號完全不包括負序基波分量的目的。

為抵消負序基波分量，該方法對u_sabc通過正向和反向同步旋轉坐標變換得到dq坐標系和d^-1q^-1坐標系中的分量和將這兩個分量可分別記作為正序基波分量、負序基波分量和諧波分量的疊加，表示為和其中對應正序基波分量，對應負序基波分量，對應諧波分量。

其中，和存在一定關系：

根據以上關系可設計出能夠抵消負序基波分量的同步參考坐標變換方法DDSRF。其原理框圖如圖1所示。

通過以上分析可知：DDSRF技術相較于SRF具有很強優越性，可以完全抵消負序基波分量。適用于電網存在負序基波分量和極其少量諧波分量的不平衡狀態。然而DDSRF沒有解決諧波的問題，只是通過LPF來進行濾波。

綜上，基于DDSRF技術的d-q解耦控制器存在以下不足之處：針對不同的背景諧波情況需要不斷進行參數調整；經過LPF與后續控制器相結合可能會造成零極點分布的改變，進而造成控制器穩定性出現問題；背景諧波污染情況復雜的時候無法實現完全濾除。

發明內容