[發(fā)明專利]一種周期頻率調(diào)制APF變載頻數(shù)字PI控制系統(tǒng)及其控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110160165.5
• 申請日: 2021-02-05
• 公開（公告）號: CN112928757B
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳楠;姜春霞;高麗輝;陳仁輝;黃勇
• 申請（專利權(quán)）人: 長春工業(yè)大學(xué);吉林省博安消防設(shè)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(zé)任公司 22201
• 代理人: 王淑秋

1.一種周期頻率調(diào)制APF變載頻數(shù)字PI控制系統(tǒng)，包括：電壓外環(huán)控制電路和三角波發(fā)生器，所述電壓外環(huán)控制電路包括電流內(nèi)環(huán)控制電路，所述電流內(nèi)環(huán)控制電路包括電流內(nèi)環(huán)數(shù)字PI控制器，所述電壓外環(huán)控制電路中包括電壓外環(huán)數(shù)字PI控制器，所述三角波發(fā)生器第二輸出端分別與電流內(nèi)環(huán)數(shù)字PI控制器和電壓外環(huán)數(shù)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(fā)生器為變頻三角波發(fā)生器；

對應(yīng)第k個三角載波，k＝1,2,3,···，所述電流內(nèi)環(huán)數(shù)字PI控制器的比例系數(shù)k_pi(k)和積分系數(shù)k_ii(k)分別根據(jù)公式(1)和公式(2)計算；

其中，L為儲能電感，R為儲能電感內(nèi)阻，ζ為內(nèi)環(huán)控制電路阻尼比，k_pwm為PWM環(huán)節(jié)增益，f_c(k)為第k個三角載波頻率；

所述電壓外環(huán)數(shù)字PI控制器的比例系數(shù)k_pv(k)和積分系數(shù)k_iv(k)分別根據(jù)公式(3)和公式(4)計算；

其中，C為穩(wěn)波電容容值，h為外環(huán)控制電路中頻寬，T_s為電網(wǎng)電壓周期；

所述電流內(nèi)環(huán)控制電路還包括：第二加法器、PWM產(chǎn)生器、驅(qū)動電路、單相橋式全控電路、補(bǔ)償電流采集電路、諧波檢測器、負(fù)載電流采集電路、非線性負(fù)載和儲能電感，所述第二加法器輸出端口與電流內(nèi)環(huán)數(shù)字PI控制器第一輸入端口相連，所述電流內(nèi)環(huán)數(shù)字PI控制器輸出端口與PWM產(chǎn)生器的第一輸入端口相連，所述三角波發(fā)生器第一輸出端與PWM產(chǎn)生器的第二輸入端口相連，所述PWM產(chǎn)生器的四端輸出端口與驅(qū)動電路的四端輸入端口相連，所述驅(qū)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(cè)串聯(lián)，所述補(bǔ)償電流采集電路串聯(lián)在單相橋式全控電路的交流側(cè)，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(fù)載并聯(lián)在網(wǎng)側(cè)輸入電網(wǎng)兩端，所述負(fù)載電流采集電路串接在非線性負(fù)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(huán)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(wǎng)電壓采集電路和穩(wěn)波電容，所述第一加法器輸出端口與電壓外環(huán)數(shù)字PI控制器第一輸入端口相連，所述電壓外環(huán)數(shù)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(wěn)波電容與單相橋式全控電路直流側(cè)并聯(lián)，所述單相橋式全控電路直流側(cè)與直流電壓采集電路串聯(lián)，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(wǎng)電壓采集電路并聯(lián)在非線性負(fù)載兩端，所述電網(wǎng)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(diào)制APF變載頻數(shù)字PI控制方法，應(yīng)用于權(quán)利要求1所述的一種周期頻率調(diào)制APF變載頻數(shù)字PI控制系統(tǒng)，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

步驟S10：對應(yīng)第k個三角載波起始時間t_k；將系統(tǒng)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(fā)生器輸出的變頻三角載波頻率f_c(k)送入電壓外環(huán)數(shù)字PI控制器中，根據(jù)公式(5)計算得到電壓外環(huán)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(huán)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(huán)控制信號u_E(t_k)和電網(wǎng)電壓采集電路采集得到的電網(wǎng)電壓u_s(t_k)送入乘法器中，計算得的電流內(nèi)環(huán)第一給定信號i^*_s(t_k)；

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

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

步驟S60：補(bǔ)償電流誤差信號e_i(t_k)和變頻三角波發(fā)生器輸出的變頻三角載波頻率f_c(k)送入電流內(nèi)環(huán)數(shù)字PI控制器中，根據(jù)公式(6)計算得到電流內(nèi)環(huán)控制信號u_i(t_k)；

其中，e_i(t_k)為t_k時刻補(bǔ)償電流誤差信號，由t_k時刻電流內(nèi)環(huán)第一給定信號i^*_s(t_k)，t_k時刻負(fù)載電流無功與諧波分量i_qh(t_k)和t_k時刻補(bǔ)償電流采集電路得到的補(bǔ)償電流i_c(t_k)計算得到，u_i(t_k)為t_k時刻電流內(nèi)環(huán)控制信號，由t_k時刻補(bǔ)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(chǎn)生器通過比較電流內(nèi)環(huán)控制信號u_i(t_k)與變頻三角波發(fā)生器輸出變頻三角載波u_c(k)，產(chǎn)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(qū)動電路產(chǎn)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(cè)產(chǎn)生補(bǔ)償電流i_c(t_k)，將所述補(bǔ)償電流注入電網(wǎng)。