[發明專利]一種矩陣矢量角比例諧振控制方法

有效

• 申請號: 202110734368.0
• 申請日: 2021-06-30
• 公開（公告）號: CN113437895B
• 公開（公告）日: 2023-10-13
• 發明（設計）人: 李武華;宋志豪;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

本發明公開了一種矩陣矢量角比例諧振控制方法，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，變換得到靜止αβ坐標系下的電流值后表示為列向量形式，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矩陣矢量角PR環節和延遲補償環節，在矩陣矢量角PR環節中引入新的調控自由度差值矢量角θ_rp，可實現特征軌跡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PR控制器下的電流響應做對比，傳統方案下呈發散失穩狀態，而矩陣矢量角PR控制器下的電流響應可快速收斂。

技術領域

本發明屬于電力電子控制技術領域，具體涉及一種矩陣矢量角比例諧振控制方法。

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。

在三相三線制大功率變流系統中，存在三相不對稱的情況，如凸極同步電機的dq軸阻抗不對稱、三相不對稱負載、不對稱故障狀態等引入的三相不對稱。三相不對稱變流器可以采用比例諧振控制器，即PR控制器，在靜止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，利用傳遞函數矩陣和特征軌跡分析等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PR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，本發明提出了一種矩陣矢量角比例諧振控制方法，包括如下步驟：

1)采樣被控變流器中每一相的電流，經過abc/αβ坐標變換得到靜止坐標系下的電流i_α和i_β，并定義電流采樣值的二維列向量表示形式I_αβ＝[i_αi_β]^T，其中i_α與i_β分別為靜止坐標系下α軸與β軸的電流值，上角標T為轉置；

2)將電流參考值I_{αβ_R}減去電流采樣值I_αβ，得到電流誤差I_{αβ_E}；

3)將電流誤差I_{αβ_E}作為矩陣矢量角PR環節的輸入，計算后得到矩陣矢量角PR的輸出M_{αβ_R}；所述的矩陣矢量角PR環節的計算公式如下：

其中，K_pα與K_pβ分別為靜止坐標系下α軸與β軸的比例系數，K_rα與K_rβ分別為靜止坐標系下α軸與β軸的諧振系數，θ_rp是本發明所提出的差值矢量角，ω₀為基波角頻率，s為拉普拉斯算子；

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

5)將矩陣矢量角PR的輸出M_{αβ_R}與解耦輸出M_{αβ_D}相加后得到M_{αβ_RD}，作為延遲補償環節的輸入，將延遲補償環節的輸出作為控制環總輸出M_αβ；

6)控制環總輸出M_αβ經過αβ/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。