[發明專利]一種三電平并網變換器的自適應電流分岔控制方法

有效

• 申請號: 202011246892.5
• 申請日: 2020-11-10
• 公開（公告）號: CN112583044B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 伍文俊;譚萬保;劉雯
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/01;H02M7/487
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 王丹

1.一種三電平并網變換器的自適應電流分岔控制方法，其特征在于：具體包括如下步驟：

步驟1，建立二極管箝位三電平并網變換器系統的離散模型；

所述步驟1的具體過程為：

步驟1.1建立主電路的離散模型，如下公式(1)所示：

x(n+1)＝a₁₁·x(n)+a₁₂·G_p+b₁·D?????(1)；

其中，x(n)為n時刻的電流狀態變量，x(n+1)為n+1時刻的電流狀態變量，x＝[i_sd，i_sq]^T；

其中L為網側濾波電感，u_sd與u_sq為dq坐標系下電網電壓，i_sd與i_sq為dq坐標系下電網電流；

R為網側濾波電感L的內阻，為角頻率；

t_12...j＝t₁+t₂+···+t_j,j＝1,2,···,7

u_ra、u_rb和u_rc為三相調制波，U_c為調制波幅值，u_H為載波幅值；其中T_s為開關周期；

G_p(n)為n時刻新增狀態變量，G_p(n+1)為n+1時刻新增狀態變量；

G_p(n+1)＝a₂₂G_p(n)

步驟1.2，建立電流閉環解耦控制的離散模型，如下公式(2)所示：

y(n+1)＝a₃₁·x(n)+a₃₂·G_p(n)+y(n)+b₃·D+GT_s·u????(2)；

其中，y(n)為n時刻積分輸出狀態變量，y(n+1)為n+1時刻積分輸出狀態變量；

y＝[u_icond?u_iconq]^T

a₃₁＝FA^-1(a₁₁-I)，b₃＝FA^-1(b₁-I·T_s)，其中I為單位矩陣；

u＝[i_sd^*?i_sq^*]^T；

其中，k_i為比例積分控制器積分系數，i_sd^*為d軸電流參考值，i_sq^*為q軸電流參考值；

新的狀態變量為：

χ＝[x?G_p?y]^T＝[i_sd?i_sq?cos(ωnT_s)sin(ωnT_s)u_icond?u_iconq]^T

(3)；

由式(6)可得加入PI解耦控制后的離散模型:

其中，χ(n)為n時刻系統狀態變量，χ(n+1)為n+1時刻系統狀態變量；

步驟1.3，建立SPWM脈寬調制的離散模型，如下公式(5)～(7)所示：

其中：

上述公式(4)～(7)為SPWM調制算法下二極管箝位三電平并網變換器的離散模型；

步驟2，根據步驟1所得的離散模型推導出Jacobian矩陣；

所述步驟2的具體過程為：

步驟2.1，將加入PI解耦控制后系統的離散模型(4)表示為如下公式(8)：

χ＝f(χ,d_a,d_b,d_c)?(8)；

結合SPWM調制占空比計算公式與控制輸出建立如下輔助方程：

步驟2.2，根據步驟2.1中的式(9)求偏微分方程：

求解式(10)得到：

則Jacobian矩陣：

其中，χ_D，d_aD，d_bD，d_cD：分別為χ，d_a，d_b，d_c在平衡點的取值；

步驟3，根據步驟2所得的Jacobian矩陣在MATALAB中畫取特征值分布圖，根據特征分布圖確定系統的高頻與低頻kp分岔邊界即k_pmin和k_pmax；

所述步驟3的具體過程為：

將所確定離散迭代模型編寫到Matlab中，首先，初始化狀態變量，并設定kp初值與終值kp._limit；其次，由SPWM調制算法占空比計算公式與控制輸出建立輔助方程，求偏微分方程得到Jacobian矩陣；最后將平衡點χ_D，d_aD，d_bD，d_cD帶入Jacobian矩陣中求取特征值，并畫出復平面中特征根根軌跡，特征根從單位圓左側穿出點kp值為高頻分岔的邊界值kp_max；特征根從單位圓右側穿出點kp值為低頻分岔的邊界值kp_min，穩定域范圍為：kp_min＜kp＜kp_max；

步驟4，根據步驟3所得的特征分布圖進行自適應分岔控制；

所述步驟4的具體過程為：

步驟4.1，設定三電平并網變換器穩態情況下并網電流的chri與faori，并將所述電流設為CHRI_ref與FAORI_ref；

步驟4.2，根據系統閉環控制器參數設置Δkp_g、Δkp_d和kp初值；

步驟4.3，根據式(13)計算此時并網電流的特征諧波頻率，利用FFT算法提取出其特征諧波電流的幅值與基波幅值：

其中，f_s：開關頻率，f₀：基波頻率，f_i：第i個特征諧波頻率，i＝1,2,3,4；

步驟4.4，根據式(14)計算綜合諧波電流含有率，根據式(15)計算基波電流偏移率：

綜合諧波電流含有率為：

其中,SFAI_ref為并網變換器系統穩定時的網側基波電流幅值；CPHAI為綜合特征諧波電流幅值：

其中，I_mfi為t時刻第i個特征諧波頻率的電流幅值，i＝1，2，3，4；

基波電流偏移率為：

步驟4.5，將步驟4.4所得的chri與設定值CHRI_ref比較，當chri≥CHRI_ref時，則發生高頻分岔，以Δkp_g為變化量減小kp值；若未發生高頻分岔則將步驟4.4所得faori與設定值FAORI_ref相比較，當faori≥FAORI_ref，則發生低頻分岔，以Δkp_d為變化量增加kp值；反之，未發生低頻分岔時，kp不變。