[發明專利]一種周期頻率調制APF變載頻數字PI控制系統及其控制方法

有效

• 申請號: 202110160165.5
• 申請日: 2021-02-05
• 公開（公告）號: CN112928757B
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發明（設計）人: 陳楠;姜春霞;高麗輝;陳仁輝;黃勇
• 申請（專利權）人: 長春工業大學;吉林省博安消防設備有限公司;吉林省博安智能科技有限公司
• 主分類號: H02J3/01
• 分類號: H02J3/01;H02J3/18;H02M1/44;H02M1/00
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 王淑秋

1.一種周期頻率調制APF變載頻數字PI控制系統，包括：電壓外環控制電路和三角波發生器，所述電壓外環控制電路包括電流內環控制電路，所述電流內環控制電路包括電流內環數字PI控制器，所述電壓外環控制電路中包括電壓外環數字PI控制器，所述三角波發生器第二輸出端分別與電流內環數字PI控制器和電壓外環數字PI控制器的第二輸入端口相連，其特征在于，所述三角波發生器為變頻三角波發生器；

對應第k個三角載波，k＝1,2,3,···，所述電流內環數字PI控制器的比例系數k_pi(k)和積分系數k_ii(k)分別根據公式(1)和公式(2)計算；

其中，L為儲能電感，R為儲能電感內阻，ζ為內環控制電路阻尼比，k_pwm為PWM環節增益，f_c(k)為第k個三角載波頻率；

所述電壓外環數字PI控制器的比例系數k_pv(k)和積分系數k_iv(k)分別根據公式(3)和公式(4)計算；

其中，C為穩波電容容值，h為外環控制電路中頻寬，T_s為電網電壓周期；

所述電流內環控制電路還包括：第二加法器、PWM產生器、驅動電路、單相橋式全控電路、補償電流采集電路、諧波檢測器、負載電流采集電路、非線性負載和儲能電感，所述第二加法器輸出端口與電流內環數字PI控制器第一輸入端口相連，所述電流內環數字PI控制器輸出端口與PWM產生器的第一輸入端口相連，所述三角波發生器第一輸出端與PWM產生器的第二輸入端口相連，所述PWM產生器的四端輸出端口與驅動電路的四端輸入端口相連，所述驅動電路的四端輸出端口與單相橋式全控電路的四端輸入端口相連，所述儲能電感與單相橋式全控電路交流側串聯，所述補償電流采集電路串聯在單相橋式全控電路的交流側，其輸出端口連接所述第二加法器的第三輸入端，所述非線性負載并聯在網側輸入電網兩端，所述負載電流采集電路串接在非線性負載輸入端，其輸出端口與所述諧波檢測器的輸入端口連接，所述諧波檢測器的輸出端口連接第二加法器的第二輸入端，所述電壓外環控制電路還包括：第一加法器、乘法器、直流電壓采集電路、電網電壓采集電路和穩波電容，所述第一加法器輸出端口與電壓外環數字PI控制器第一輸入端口相連，所述電壓外環數字PI控制器輸出端口與乘法器第一輸入端口相連，所述乘法器輸出端口與第二加法器第一輸入端口相連，所述穩波電容與單相橋式全控電路直流側并聯，所述單相橋式全控電路直流側與直流電壓采集電路串聯，所述直流電壓采集電路的輸出端口與第一加法器的輸入端口連接，電網電壓采集電路并聯在非線性負載兩端，所述電網電壓采集電路輸出端口連接乘法器的第二輸入端。

2.一種周期頻率調制APF變載頻數字PI控制方法，應用于權利要求1所述的一種周期頻率調制APF變載頻數字PI控制系統，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

步驟S10：對應第k個三角載波起始時間t_k；將系統給定直流電壓E^*_d和直流電壓采集電路采集得到的整流電壓E_d(t_k)送入第一加法器中相減后，第一加法器輸出直流電壓誤差信號e_E(t_k)；

步驟S20：將直流電壓誤差e_E(t_k)和變頻三角波發生器輸出的變頻三角載波頻率f_c(k)送入電壓外環數字PI控制器中，根據公式(5)計算得到電壓外環控制信號u_E(t_k)；

其中，e_E(t_k)為t_k時刻直流電壓誤差信號，由給定直流電壓E^*_d和t_k時刻直流電壓采集電路采集得到的整流電壓E_d(t_k)計算得到，u_E(t_k)為t_k時刻電壓外環控制信號，由t_k時刻直流電壓誤差信號e_E(t_k)和第k個三角載波頻率f_c(k)計算得到；

步驟S30：將電壓外環控制信號u_E(t_k)和電網電壓采集電路采集得到的電網電壓u_s(t_k)送入乘法器中，計算得的電流內環第一給定信號i^*_s(t_k)；

步驟S40：負載電流采集電路采集得到的負載電流i_l(t_k)，經諧波檢測器后得到負載電流無功與諧波分量i_qh(t_k)；

步驟S50：將電流內環第一給定信號i^*_s(t_k)、負載電流無功與諧波分量i_qh(t_k)和補償電流采集電路采集得到的補償電流i_c(t_k)送入第二加法器中，計算得到補償電流誤差信號e_i(t_k)；

步驟S60：補償電流誤差信號e_i(t_k)和變頻三角波發生器輸出的變頻三角載波頻率f_c(k)送入電流內環數字PI控制器中，根據公式(6)計算得到電流內環控制信號u_i(t_k)；

其中，e_i(t_k)為t_k時刻補償電流誤差信號，由t_k時刻電流內環第一給定信號i^*_s(t_k)，t_k時刻負載電流無功與諧波分量i_qh(t_k)和t_k時刻補償電流采集電路得到的補償電流i_c(t_k)計算得到，u_i(t_k)為t_k時刻電流內環控制信號，由t_k時刻補償電流誤差信號e_i(t_k)和第k個三角載波頻率f_c(k)計算得到；

步驟S70：PWM產生器通過比較電流內環控制信號u_i(t_k)與變頻三角波發生器輸出變頻三角載波u_c(k)，產生四路控制脈沖P₁、P₂、P₃、P₄；

步驟S80：得到的四路控制脈沖通過驅動電路產生四路控制信號S₁、S₂、S₃、S₄控制單相橋式全控電路，所述單相橋式全控電路交流側產生補償電流i_c(t_k)，將所述補償電流注入電網。