[發明專利]構網型電壓源換流器雙環控制參數優化設計方法

在審

• 申請號: 202111258246.5
• 申請日: 2021-10-27
• 公開（公告）號: CN113962181A
• 公開（公告）日: 2022-01-21
• 發明（設計）人: 王金玉;陳露;毛曉東;黃晶晶
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F30/373
• 分類號: G06F30/373;G06F113/04
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

1.構網型電壓源換流器雙環控制參數優化設計方法，采用帶LC濾波器的三相構網型電壓源換流器的電路拓撲圖，優化內環比例參數k_c和外環中諧振參數k_r，其特征在于：電流內環的設計應完全獨立于電壓外環的設計；直接借助極點圖和波特圖進行設計；

電流內環采用比例控制器，電壓外環采用諧振控制器，參數優化設計過程如下：從零階保持器ZOH輸出到交流電流i和電容電壓u_C的傳遞函數分別在s域中表示為：

其中，L_f和C_f分別是濾波電感和電容。

經過零階保持器ZOH變換，(1)和(2)在z域被寫為：

其中，T_s是采樣周期，ω_r表示LC濾波器的諧振角頻率，

帶LC濾波器的構網型電壓源換流器雙環控制參數優化設計方法具體按以下步驟實施；

第一步、設計電流內環比例參數k_c，電流內環的開環和閉環傳遞函數分別寫為：

假設濾波器電感和電容已經確定，唯一能夠改變閉環極點從而改變動態性能和穩定性的變量是電流內環比例參數k_c；通過改變電流內環比例參數k_c，即改變系統性能；

第二步、在確定第一步中電流內環比例參數k_c后，采用相同的設計方法和過程設計電壓外環諧振參數k_r。

2.根據權利要求1所述的構網型電壓源換流器雙環控制參數優化設計方法，其特征在于：所述第一步中電流內環比例參數優化設計具體按以下步驟實施；

1)繪制閉環傳遞函數極點隨電流內環比例參數k_c變化的極點圖，主導極點越接近原點，意味著該k_c能導致內環越快的動態性能，找到最靠近原點的主導極點對應的k_c參數值并標記為k_{c_D}；

2)判斷1)中確定的k_{c_D}是否能滿足預先定義的穩定裕度；如果此時k_{c_D}滿足預先定義的穩定裕度，則k_{c_D}為優化的電流內環控制參數，否則轉到3)；

3)假設ω_c為電流內環的開環傳遞函數G_io(z)幅值等于1時的穿越頻率，ω_g為電流內環的開環傳遞函數G_io(z)相位為-180°時的頻率，則內環相位裕度PM和幅值裕度GM的表達式寫為：

考慮到電流內環的開環傳遞函數G_io(z)的幅值在諧振角頻率ω_r處無窮大，則有ω_r＜ω_c＜ω_g；因此，得到如下式子：

基于之前定義的電流內環的ω_c和ω_g，

將式(8)和(9)代入(7)得，滿足預先定義PM和GM的k_c分別計算為k_{c_P}和k_{c_G}；

4)因為電流內環的開環傳遞函數G_io(z)的幅值和相位大于ω_r的部分都隨著頻率的增加而減小，得到最終的內環優化比例系數k_{c_opt}應為k_{c_D}，k_{c_P}，k_{c_G}中的最小值，即：

k_{c_opt}＝Minmum{k_{c_D}，k_{c_P}，k_{c_G}} (10)。