[發明專利]一種矢量角比例積分控制方法

有效

• 申請號: 202110734358.7
• 申請日: 2021-06-30
• 公開（公告）號: CN113422533B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 李武華;顏曄;王宇翔;李成敏;李楚杉;何湘寧
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02M7/5387
• 分類號: H02M7/5387
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

本發明公開了一種矢量角比例積分控制方法，屬于電力電子控制技術領域。首先獲得被控變流器中三相電流值，變換得到同步坐標系下的電流值后表示為復向量形式，作為電流采樣值；通過控制環計算后的結果再經坐標變換得到三相調制波，在調制與驅動模塊中與載波比較，生成驅動信號驅動變流拓撲，實現電能變換。所述的控制環包括了相位均衡環節、矢量角PI環節和延遲補償環節，在矢量角PI環節中引入新的調控自由度矢量角θ_i，可實現正相位裕度與負相位裕度的同時提升，從而提高低載波比工況下的穩定裕度與動態性能，與經典PI控制器下的電流響應做對比，傳統方案下呈發散失穩狀態，而矢量角PI控制器下的電流響應可實現近似臨界穩定。

技術領域

本發明屬于電力電子控制技術領域，具體涉及一種基于矢量角的比例積分控制方法。

背景技術

三相大容量變流器作為能量變換裝置，在電氣化交通與船舶電力系統等工業領域得到日益廣泛的應用。該類變流器通常工作于低載波比工況，控制與調制延遲顯著，控制環穩定裕度不足，影響其動態性能。

三相變流器通常采用比例積分控制器，即PI控制器，在同步旋轉坐標系下實現對三相電流的有功控制。但受限于通常小于1000Hz的大功率器件的開關頻率，系統控制延遲可達毫秒級，利用復傳遞函數的數學工具進行建模與分析，其相位裕度與相應的動態性能嚴重不足。

因此，有必要設計一種新的解決方案，在大容量變流器所在的低載波比工況下，針對傳統的PI控制器，引入新的調控自由度，來增加相位裕度，以更有效地提高系統穩定性與動態性能。

發明內容

為提高大容量變流器的動態性能，本發明提出了一種基于矢量角的比例積分控制方法，包括如下步驟：

1)采樣被控變流器中每一相的電流，經過abc/dq坐標變換得到同步坐標系下的電流i_d和i_q，并定義電流采樣值的復向量表示形式i_dq＝i_d+ji_q，其中i_d與i_q分別為同步坐標系下d軸與q軸的電流值，j為虛數單位；

2)將電流參考值i_{dq_R}減去電流采樣值i_dq，得到電流誤差i_{dq_E}；

3)將電流誤差i_{dq_E}作為矢量角PI環節的輸入，計算后得到矢量角PI的輸出m_{dq_R}；所述的矢量角PI環節的計算公式如下：

m_{dq_R}＝i_{dq_E}·(K_p+K_i·e^jθi/s) 式II

其中，K_p為比例系數，K_i為積分系數，s為拉普拉斯算子。θ_i是本發明所提出的矢量角，值越大，在0Hz極點右側相位超前能力越強，考慮到值過大會導致極點左側帶寬降低，其取值在0°到90°間折中選取；

4)將電流采樣值i_dq作為解耦環節的輸入，計算后得到解耦輸出m_{dq_D}；

5)將矢量角PI的輸出m_{dq_R}與解耦輸出m_{dq_D}相加后得到m_{dq_RD}，作為延遲補償環節的輸入，計算后得到控制環總輸出m_dq；

6)控制環總輸出m_dq經過dq/abc坐標變換得到三相調制波m_a、m_b、m_c，并在調制與驅動模塊中與載波比較，生成驅動信號驅動變流拓撲，實現電能變換。