周期性外部干擾抑制控制裝置的制造方法
【專利摘要】一種周期性干擾抑制控制設備，被設計為即使在真實系統(tǒng)中狀況改變大的情況下也逐次估計并且校正傳遞特性的反模型，并且實現(xiàn)穩(wěn)定的控制系統(tǒng)。待抑制對象的周期性干擾被輸出作為直流分量的感測的周期性干擾(Isdn、Isqn)。確定利用使用傳遞特性的倒數Qn的乘法器與感測的周期性干擾Isdn、Isqn相乘而得到的信號與通過只將檢測延遲加到周期性干擾抑制命令I*dn和I*qn而得到的信號之間的差分來估計周期性干擾通過計算估計周期性干擾之間的偏差來計算周期性干擾抑制命令。學習控制部29按照將一個樣本間隔期間的周期性干擾抑制命令I*dn、I*qn的差分除以一個樣本間隔期間的感測的周期性干擾的差分而得到的量來校正傳遞特性的倒數Qn。
【專利說明】
周期性外部干擾抑制控制裝置
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及用帶有學習功能的周期性干擾觀察器來抑制周期性干擾，更具體地 講，涉及甚至在實際系統(tǒng)或真實系統(tǒng)中狀況變化大的情況下也實現(xiàn)穩(wěn)定控制系統(tǒng)的周期性 干擾抑制控制。
【背景技術】
[0002] 近來，使用智能電網、微電網和諸如太陽能和風能等新能源的分散式電力系統(tǒng)的 利用正倍受關注，并且期望進一步的普及和擴展。隨著這個趨勢，產生諧波的負載的數量和 半導體電力轉換系統(tǒng)的互連單元的數量在增加，因此對配電系統(tǒng)中的諧波問題會有擔心。 由于諧波對其它互連裝置帶來了不利影響，因此通過諧波準則等來控制和規(guī)定諧波，并且 通過使用電力有源濾波器或其它裝置來對諧波干擾問題采取各種措施。
[0003] 然而，從諧波補償效果和控制穩(wěn)定性的觀點看來，傳統(tǒng)措施和方法會變得不足，因 為各處大量未指定的分散式電源的互連可造成各種問題，諸如累積諧波增加、諧波源的復 雜化、隨著配電系統(tǒng)的構造變化、相位提前電容器的轉換和運行條件而造成的系統(tǒng)阻抗和 負載阻抗的波動、以及系統(tǒng)諧振特性的變化。
[0004] 至于有源濾波器的應用和操作，需要當場進行調節(jié)操作以調節(jié)控制參數，此外，在 運行情形改變的情況下需要進行重新調節(jié)的操作。
[0005] 基于以上提到的背景，專利文獻1公開了如下技術:擴展本申請的發(fā)明人等提出的 使用復數矢量記法的一般化的周期性干擾補償法并且通過根據周期性干擾的復數矢量軌 跡的信息來學習并校正觀察器真實系統(tǒng)的傳遞特性的倒數。專利文獻1的技術被配置為:在 用于控制作為控制對象的系統(tǒng)電流的電力系統(tǒng)有源濾波器控制系統(tǒng)中，提取各階諧波頻率 分量，自動地學習從各階諧波抑制命令到感測到的諧波的頻率傳遞函數(一并地考慮到傳 感器和控制計算的空載時間，以及阻抗特性），并且估計并抑制包括諧波形式的周期性干擾 的電流。用這種技術，能夠構建穩(wěn)健的電力有源濾波器控制系統(tǒng)，且無需進行事先的系統(tǒng)識 別。
[0006] 圖11是示出現(xiàn)有的典型的配電系統(tǒng)的概念圖。配電網被布置為從系統(tǒng)電源1向需 求方或用戶支線(feeder)l、支線2、…和支線X供電。在該配電網中，在圖中作為大需求方的 需求方支線2的受電點處設置源電流檢測型的并聯(lián)型有源濾波器AF。
[0007] 在需求方支線2中，存在諧波源(諧波負載)2a和2b。開關SWl是設想為諧波負載電 流波動的開關，并且開關SW2是設想為由于相位提前電容器3a的轉換而導致負載阻抗波動 的開關。此外，為了考慮到從有源濾波器AF觀察到的需求方支線2的系統(tǒng)阻抗波動和其它需 求方的影響，設想用需求方支線1的開關SW3來進行相位提前電容器3b的轉換。
[0008] 圖12示出源電流檢測型的并聯(lián)型有源濾波器AF的控制模型的電路構造和控制裝 置的示例。實際或真實系統(tǒng)4和負載2a、2b、'"、2n(n是自然數)的阻抗是未知的，并且諧波產 生量隨著負載變動而變化。
[0009] 如圖12中所示，使用以下符號：系統(tǒng)互連點的電壓V s;系統(tǒng)互連點的電流i s ;有源 濾波器電流iAF;有源濾波器輸入電流iAFl;有源濾波器直流電壓Vd。;和負載電流(總）k。之 后，對有源濾波器控制系統(tǒng)的內部進行說明。
[0010]作為對系統(tǒng)互連點的電流的檢測的替代，可以采用如下構造:檢測有源濾波器輸 入電流iAFi和負載電流(總和）k，并且在控制器中通過加法來確定與互連點電流is對應的 電流。
[0011]在配電系統(tǒng)中，超過準則水平且導致問題的諧波的階次被限于諸如第五階和第七 階等特定階。因此，提取指定階次的各自的頻率分量并且針對各階進行補償。
[0012] 圖13示出作為實施例1的一個示例的有源濾波器控制系統(tǒng)的基本構造。
[0013] 首先，通過PLL(鎖相環(huán)）11從互連點電壓Vs中檢測AC電壓相位Θ。與作為參考相位 的AC電壓相位Θ同步地構造 dq軸正交旋轉坐標系，并且在d軸和q軸上執(zhí)行電流矢量控制。
[0014] 隨后提到的周期性干擾觀察器(周期性干擾抑制控制設備）12生成周期性干擾抑 制電流命令的d軸命令電流值I*d和q軸命令電流值I* q。將用于將有源濾波器直流電壓Vd?？?制為恒定的電流1*1與(1軸命令電流I*d相加。用PI控制器13執(zhí)行有源濾波器直流電壓Vdc的 恒定控制，以跟隨有源濾波器DC命令電壓V* dc。
[0015] 用與AC電壓相位Θ的頻率分量同步的dq旋轉坐標變換部14將有源濾波器輸入電流 iAFi的感測值轉換成d軸感測電流Id和q軸感測電流Iq?？刂葡到y(tǒng)確定d軸感測電流Id與d軸命 令電流I*d的偏差以及q軸感測電流I tr^q軸命令電流I*q的偏差，并且分別用PI控制器15d和 15q來產生d軸命令電壓V*d和q軸命令電壓V* q。用dq旋轉軸逆變換部16基于AC電壓相位Θ將 這些命令電壓轉換成三相電壓命令V*AFi。比較器17將用作基礎或基波的三相電壓命令V* AFi 的幅值與載波信號的幅值進行比較，從而產生PWM控制器的門控信號。
[0016] 圖14是示出周期性干擾觀察器12針對η次頻率分量的諧波的控制構造的控制框 圖。為了提取與η次頻率分量同步的在dnq n坐標軸中的η次諧波，dq旋轉坐標變換部21通過表 達式（1)給出的dnqn坐標變換式，將感測到的三相互連點電流(輸入信號的感測值）i s( = [iSu iSv iSw]T)轉換成η次dnqn旋轉坐標中的dn軸感測電流i sdn和qn軸感測電流iSqn。
[0017][數學式1]
[0018]
[0019] 在dn軸感測電流isdn和qn軸感測電流isqn中，被作為指定階次而提取的η階分量表 現(xiàn)為直流分量，η階以外的頻率分量表現(xiàn)為波動分量。因此，分別通過用表達式（2)表示的 LPF(低通濾波器)22d和22q，控制系統(tǒng)提取dn軸感測電流isdn和qn軸感測電流i sqn，dn軸感測 電流isdr^Pqn軸感測電流isqn是感測到的與d nqn旋轉坐標同步的直流分量的周期性干擾電 流。由于表達式(2)是有利于計算簡化的LPF的最簡化示例，因此可以根據諸如提取脈動分 量時的噪聲等狀況來改變階次和形式?？晒┻x擇地，可以使用傅里葉變換。dq旋轉坐標變換 部21和LPF 22d和22q構成周期性干擾感測部30。
[0020] 「數學式21
[0021]
[0022] wf:截止頻率，s :拉普拉斯算子
[0023] 周期性干擾觀察器12形成僅對特定頻率分量作出貢獻的控制系統(tǒng)。因此，η次分量 的dnqn坐標軸的真實系統(tǒng)或實際系統(tǒng)的傳遞特征P n能夠以具有實部的dn軸分量Pdn和虛部的 qn軸分量Pqn的一維復數矢量的形式被表達為表達式(3)。
[0024] [數學式3]
[0025] Pn = Pdn+jPqn (3)
[0026] 真實系統(tǒng)的傳遞特征Pn代表從周期性干擾觀察器12的η階的周期性干擾抑制命令 電流I*n( = I*dn+jI*qn)到周期性干擾感測電流(輸入信號的感測值)isn( = isdn+jisqn)的頻 率傳遞特性，并且采取一般化的形式，該形式不僅包括受控對象的阻抗特性，而且包括逆變 器控制特性、計算延遲、空載時間、電流檢測的延遲、電流特性的其它干擾、以及控制裝置和 與控制相關的外圍裝置(如傳感器)的傳遞特性。
[0027]為了簡要說明周期性干擾觀察器12的工作，如圖15中所示地表達僅僅著眼于dnqn 坐標軸的η次頻率分量的控制系統(tǒng)。在圖15中，矢量記法意指復數矢量。通過表達式(2)給出 的Gf(S)是分別作用于實部分量和虛部分量的LPF。
[0028] 基本工作是如下工作:根據來自LPF 22的周期性干擾感測電流ISn( = Isdn+jISqn)， 使用以表達式(4)表示的真實系統(tǒng)的傳遞特性的倒數Q n的模型來用乘法器23 估計用表達式(5)表達的真實系統(tǒng)的輸入電流f η dn+j ?qn)。[0029]
[0030]
[0031]
[0032]
[0033] 由于周期性干擾電流dln被包括在真實系統(tǒng)輸入電流，因此如表達式(6)所 示，通過加法器26從式(5)的估計的真實系統(tǒng)輸入電流中減去通過Gf(s)25得到的周期 性干擾抑制命令電流I * n = ( I * d n + j I * q n )來確定估計周期性干擾電流
-般等于 零)中減去用表達式(6)表達的估計周期性干擾電流來抵消周期性干擾電流dln。
[0037]通過針對dnqn坐標軸的有源濾波器控制擴展圖15的基本構造來得到圖14的系統(tǒng)， 并且圖14的系統(tǒng)能夠用使用傳遞特性的倒數Qn的學習功能，來提供抑制周期性干擾的周期 性干擾抑制命令電流的dn軸命令電流I*dn和q n軸命令電流I*qn。具體而言，乘法器23da、 23db、23qa和23qb確定周期性干擾感測電流Isdn和I sqn與真實系統(tǒng)的傳遞特性的倒數Qdn+ jQqn的乘積，并且加法器24d和24q通過加法來計算真實系統(tǒng)的輸入電流的估計值/(1η和 i(iq。
[0038] 真實系統(tǒng)的傳遞特性的倒數QddPQqn是從周期性干擾抑制命令電流的d軸命令值 I*d和q軸命令值I*glj互連點電流的感測值(感測輸入信號）is的傳遞特性的倒數。利用這些 倒數，控制系統(tǒng)能夠抵消相位延遲等傳遞特性。通過學習控制部29按照感測諧波電流isddP is qn來校正倒數Qdn和Qqn。周期性干擾估計部由乘法器23、加法器24、LPF 25和加法器26構 成。之后將對學習控制部29進行說明。
[0039] 接下來，對干擾進行估計。通過確定兩個信號之間的偏差來確定干擾。
[0040] (1)使周期性干擾抑制命令電流I*d4Pltqn經過真實系統(tǒng)并且乘以真實系統(tǒng)的傳 遞特性的倒數QddPQqn以抵消真實系統(tǒng)的傳遞特性而得到的量。
[0041] (2)在不經過真實系統(tǒng)的情況下將周期性干擾抑制命令值Ffdn和I qll應用于LPF 25d和25q而得到的量。
[0042] 以上提到的量（1)是被疊加真實系統(tǒng)的干擾的信號。量(2)是僅僅由將LPF 25d和 25q應用于周期性干擾抑制命令電流1~"和1%?而獲得的且不包括干擾的信號。通過用加 法器26d和26q確定這兩個信號之差，控制系統(tǒng)能夠確定周期性干擾估計電流 dlqn。
[0043] 加法器27d和27q確定由此得到的周期性干擾估計電流di_d,,和與周期性干 擾命令電流dPdn和dl% n:的偏差。正常地，周期性干擾命令電流dl^^pdl%^設置成 零，以將干擾控制成"〇"。
[0044] 用此計算，控制系統(tǒng)確定周期性干擾抑制命令電流周期性干擾抑制 命令電流I#dn和IsrC 1It被LPF 25d和25q進行LPF處理并且被用于通過與真實系統(tǒng)的估計輸 入電流/ (ln和f qn比較來估計周期性干擾估計電流如和<11 qrt〇
[0045] dnqn坐標軸的周期性干擾抑制命令電流dn和qn如式(7)所示，被dq坐標逆變 換部分28轉換成dq坐標周期性干擾抑制命令的d軸命令電流I*d和q軸命令電流I*q，并且被 用作圖13的dq軸電流矢量控制系統(tǒng)的電流命令。
[0046] 信號(η-1)θ被輸入dq旋轉坐標逆變換部分28,這是因為通過第(n-1)階的逆變換， 能夠得到作為直流值的基波的η倍的信號的正交兩軸分量。
[0047] 「撒登忒Rl
[0048]
[0049][模型誤差的影響]
[0050] 接下來，對模型誤差的影響進行審查。
[0051] 實際的電力系統(tǒng)涉及諸如阻抗波動等波動，因此，真實系統(tǒng)的傳遞特性Pn成為時 變參數。因此，考慮真實系統(tǒng)的傳遞特性Pn的倒數的模型誤差對周期性干擾觀察器 12的穩(wěn)定性的影響。
[0052]在圖15中示出的dnqn旋轉坐標的控制系統(tǒng)中，從周期性干擾到感測值的干擾響應 傳遞函數由式(8)給出。然而，通過用式(2)的LPF去除其它頻率分量來設置理想條件。
[0053] 「數學式71
[0054]
[0055] Isn:感測電流 [0056] dln:周期性干擾電流
[0057] wf:截止頻率
[0058] 真實系統(tǒng)的傳遞特性的倒數Qn(=p4n)的反模型0"通過使用反模型中的幅值誤差 An(AnX))和相位誤差ΦΜ-Μφη^Ξπ)被定義為表達式(9)。當幅值誤差An=I并且相位誤差 Φη = 0時，反模型0等于真實值。
[0059] 「數學式81
[0060]
[0061] 通過將表達式(9)代入表達式(8)并且進行整理來得到表達式（10)。在該式中，Cn (S)是周期性干擾響應傳遞特性。
[0062]
[0063]
[0064]根據Cn(S)的極點的實部為負的條件-Wf〈0、- wfAncos Φ η〈0，通過表達式（11)提供 相位誤差Φ η的穩(wěn)健的穩(wěn)定條件。
[0065] 「數學式 101
[0066]
[0067] 由于Αη>0，幅值誤差沒有影響連續(xù)系統(tǒng)中的穩(wěn)定條件。然而，當幅值誤差An變得較 大而不是真實值六"=1時，極點轉到穩(wěn)定方向。盡管通過LPF的截止頻率wf來確定Α η>1中的主 極點，但在Αη>1下的控制可以被作為一種用于提高響應的快速性的觀察器增益。然而，因為 需要避免伴隨著數字控制的計算空載時間和代數環(huán)，用離散系統(tǒng)中的式（12)的傳遞函數來 考慮穩(wěn)健的穩(wěn)定性條件。
[0068] [數學式11]
[0069
[0070] 通過如表達式（13)表達地在計算時段Ts中對表達式(2)的Gf(S)進行雙線性變換 并且代入式(12)中求解特征方程來得到表達式(14)。
[0071] 「救受忒 12?
[0072]
[0073]
[0074] 盡管如果表達式（14)的離散系統(tǒng)的極點位于單元圓內則實現(xiàn)了穩(wěn)定性，但難以找 到代數解。因此，例如，在設置為截止頻率wf = 2π[弧度/秒]且計算時段Ts = 100[yS]的情況 下，通過在數值上確定幅值誤差4"和相位誤差Φη的穩(wěn)健的穩(wěn)定性來得到圖16中示出的穩(wěn) 定邊界條件。
[0075]當相位誤差Φ η為無時，對幅值誤差An的穩(wěn)定性余量最大。穩(wěn)定性隨著相位誤差Φ η的增大而減小，并且系統(tǒng)在表達式（11)的范圍之外變得不穩(wěn)定。在穩(wěn)定區(qū)域內，能夠通過 增大幅值誤差An來提高周期性干擾抑制的響應的快速性。然而，在實際使用中，需要考慮由 于系統(tǒng)阻抗波動而導致的模型誤差波動并且確定具有充足穩(wěn)定余量的設置。
[0076]現(xiàn)有技術文獻
[0077]專利文獻
[0078]專利文獻 1JP2012-55148A

【發(fā)明內容】

[0079]專利文獻1中的校正傳遞特性的倒數Qn的技術使得能夠進行以跟隨真實系統(tǒng)的狀 況改變的方式來校正周期性干擾觀察器的模型（參數)誤差的校正(學習校正）。然而，這種 技術沒有考慮諧波的發(fā)散條件和諧波變化的停滯。因此，當真實系統(tǒng)的狀況改變大時，根據 反模型Q~n的幅值誤差A n和相位誤差Φη的關系（圖16)，穩(wěn)定性和發(fā)散型在穩(wěn)健的穩(wěn)定性條 件的范圍之外變得有問題。此外，如表達式（10)表達的，在幅值誤差Α η〈1的范圍內，取決于 幅值誤差六"的特性，學習校正的響應變得有問題。
[0080] 因此，任務是即使在周期性干擾抑制控制設備中的真實系統(tǒng)中的狀況改變大的情 況下也在估計期間依次校正真實系統(tǒng)的傳遞特性的反模型，從而實現(xiàn)穩(wěn)定的控制系統(tǒng)。
[0081] 本發(fā)明是依據以上提到的問題設計出的。根據本發(fā)明的一個方面，一種周期性干 擾抑制控制設備包括:周期性干擾感測部，感測受控對象的周期性干擾作為直流分量的感 測的周期性干擾;周期性干擾估計部，通過確定利用乘法器使用根據控制系統(tǒng)的傳遞特性 確定的從周期性干擾抑制命令到所述感測的周期性干擾的傳遞特性的倒數與所述感測的 周期性干擾相乘而得到的信號、與通過只將檢測延遲加到所述周期性干擾抑制命令而得到 的信號之間的差分，來估計周期性干擾;加法器，通過計算由所述周期性干擾估計部估計出 的估計周期性干擾與抑制干擾的周期性干擾命令之間的偏差，來計算周期性干擾抑制命 令；以及學習控制部，按照通過將一個樣本間隔期間的周期性干擾抑制命令的差分除以所 述一個樣本間隔期間的感測的周期性干擾的差分而得到的量，來校正所述傳遞特性的倒 數。
[0082] 根據另一方面，所述周期性干擾抑制設備被布置為通過將所述周期性干擾抑制命 令疊加于與電源的系統(tǒng)總線連接的電力轉換裝置的命令來抑制周期性干擾。
[0083] 根據再一方面，所述學習控制部被配置為使用周期性干擾觀察器的控制時段的間 隔期間的平均值作為所述感測的周期性干擾和所述周期性干擾抑制命令。
[0084]根據再一方面，所述學習控制部被配置為當所述感測的周期性干擾的平均值的一 個樣本間隔期間的差分低于或等于閾值時，停止學習控制并且輸出緊接著停止之前的所述 傳遞特性的倒數。
[0085]此外，所述學習控制部可被布置為通過濾波器傳遞輸出。
[0086]此外，所述控制設備還可包括限制器，所述限制器用于限制周期性干擾抑制命令 的幅值。
[0087]此外，可以將多個周期性干擾控制設備并行地布置，以抑制多階的周期性干擾。
[0088] 根據本發(fā)明，在周期性干擾抑制控制設備中，即使在周期性干擾抑制控制設備中 的真實系統(tǒng)中的狀況改變大，也能夠在估計期間依次地校正真實系統(tǒng)的傳遞特性的反模 型，從而實現(xiàn)穩(wěn)定的控制系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0089] 圖1是示出根據第一實施例的對于η階頻率分量的諧波的周期性干擾觀察器的控 制框圖。
[0090] 圖2是示出根據第一實施例的學習控制部的框圖。
[0091]圖3是示出根據第二實施例的對于η階頻率分量的諧波的周期性干擾觀察器的控 制框圖。
[0092]圖4是示出根據第二實施例的學習控制部的框圖。
[0093]圖5是示出根據第三實施例的學習控制部的框圖。
[0094]圖6是示出根據第四實施例的學習控制部的框圖。
[0095] 圖7是示出根據第五實施例的周期性干擾抑制控制設備的視圖。
[0096] 圖8是示出根據第六實施例的對于η階頻率分量的諧波的周期性干擾觀察器的控 制框圖。
[0097] 圖9是示出第六實施例中的限制器的框圖。
[0098] 圖10是示出根據第七實施例的周期性干擾抑制控制設備的視圖。
[0099] 圖11是示出配電系統(tǒng)的一個示例的概念圖。
[0100] 圖12是示出源電流檢測型并聯(lián)型有源濾波器的控制模型的電路圖。
[0101]圖13是有源濾波器控制系統(tǒng)的基本框圖。
[0102] 圖14是示出對于η階頻率分量的諧波的周期性干擾觀察器的控制框圖。
[0103] 圖15是示出僅注目于dnqn坐標的η階頻率分量的周期性干擾觀察器的控制系統(tǒng)的 示圖。
[0104] 圖16是示出模型誤差的穩(wěn)定邊界條件的曲線圖。
【具體實施方式】
[0105] 下面的說明針對在使用有源濾波器AF的示例中被布置為用觀察器反模型順次地 校正并且控制真實系統(tǒng)的控制形式與周期性干擾觀察器之間的誤差的實施例。
[0106] 在本說明書中，以用于配電系統(tǒng)的源電流檢測型并聯(lián)型有源濾波器AF作為典型示 例來進行說明。然而，控制技術能夠以類似方式被應用于其它設備和構造。例如，該技術能 夠被用于負載電流檢測型有源濾波器AF或電壓檢測型有源濾波器AF、或用于校正源電壓失 真而非電流失真的失真的周期性干擾抑制控制設備。
[0107][實施例1]
[0108]第一實施例中說明的學習控制（跟隨真實系統(tǒng)的狀況改變的反模型Q~n的校正控 制)是旨在防止周期性干擾觀察器12的控制性能劣化和不穩(wěn)定的輔助功能。因此，相比于諧 波抑制控制的控制時段或周期，這個學習控制不要求高速計算。例如，考慮到諧波矢量軌跡 的計算負載，相比于被設置成Ts = 100[ys]的周期性干擾觀察器12的計算時段Ts，學習控制 時段Tl被設置成TL = 20[ms] (50Hz系統(tǒng)基波時段）。
[0109]接下來，對估計學習控制時段Tl中的真實系統(tǒng)的傳遞特性方法進行說明。第一 實施例中的真實系統(tǒng)的傳遞特性Pn是從周期性干擾觀察器的諧波抑制命令電流I*n( = I*dn +jl*qn)到諧波感測電流(輸入信號的感測值）1511( = :!^+」:!^)的頻率傳遞特性的11階分量 (η是任意階次）。
[0110] 在下面的說明中，考慮以學習控制時段?Υ采樣的第N個樣本的各種值和從之前一 個樣本取得的前一樣本(N-I)的各種值。后綴[Ν]代表第N個樣本的值，并且后綴[Ν-1]代表 從之前一個樣本取得的前一樣本的值。
[0111] 圖1是示出帶有學習功能的周期性干擾觀察器的框圖。首先，圖15中示出的真實系 統(tǒng)的輸入-輸出關系由表達式(15)針對各樣本給出。
[0112] [數學式 13]
[0113]
[0114] 下面的表達式定義了學習控制時段IY的一個樣本間隔期間的真實系統(tǒng)的傳遞特 性的差分Δ Pnm、一個樣本間隔期間的周期性干擾電流的差分△ dIn[N]、一個樣本間隔期間 的諧波抑制命令電流的差分A I*n[N]、和一個樣本間隔期間的諧波感測電流的差分Δ ISn[N] 〇
[0115] 「數學式 14?
[0116]
[0117] 根據表達式(15)和(16)，關于連續(xù)樣本之間差分得出以下的關系。
[0118] 「數學式 151
[0119]
[0120] 第一實施例旨在抑制電力系統(tǒng)的諧波。總體上，在電力系統(tǒng)中，諧波特性的變化和 系統(tǒng)阻抗的變化是平緩的，并且在學習控制時段T L = 20ms的極短的時間間隔期間，變化非 常小。
[0121] 因此，通過將表達式（17)中的學習控制時段Tl的一個采樣間隔(第N次采樣-第(N-1)次采樣)期間真實系統(tǒng)的傳遞特性的差分(變化）A Pnm和周期性干擾電流的差分(變化） AdInm視為等于零并且忽略這些差分，得到表達式（18)。此外，第N個樣本的LPF和第(N-I) 個樣本的LPF被視為GF(z- 1M) =GF(z-%-!])。
[0122] 「救受忒 Ifil
[0123]
[0124] 根據表達式（18)，對第N個樣本的η階諧波的真實系統(tǒng)傳遞特性的估計值戶n|N波 估計為表達式(19)。
[0125] 「救受忒 17?
[0126]

[0127]因此，通過表達式(20)給出針對第N個樣本的η階諧波的周期性干擾觀察器12的反 模型<
[0128:
[0129:
[0130]通過以dnqn旋轉坐標系展開表達式(20)來得到表達式或式(21)。
[0131][數學式 19]
[013
...(21 )
[0133] 圖2是圖1中示出的學習控制部29的框圖。將d軸和q軸η階感測的周期性干擾的電 流采樣值LdnM和IsqnM以及d軸和1軸11階諧波抑制命令電流的電流采樣值I*dnm和I* qnM、 和通過延遲電路C1得到的之前采樣值Isdn[N-l]和I sqn[N-l]、I*dn[N-l]和I*qn[N-l]代入用表達式或 式（21)表達的第N個采樣的d軸和q軸η階諧波的反模型估計表達式中。將估計的反模型 和依次應用于周期性干擾觀察器I2的乘法器23也、23此、23職和 23叻。
[0134] 根據第一實施例，即使在真實系統(tǒng)有大的狀況改變并且真實系統(tǒng)的傳遞特性Pn與 周期性干擾觀察器12的模型之間有誤差的情況下，控制系統(tǒng)也能夠跟隨狀況改變并且在估 計期間校正真實系統(tǒng)的傳遞特性的反模型和使得第一實施例能夠實現(xiàn)非常 穩(wěn)定的控制系統(tǒng)。此外，即使作為待控制的受控對象的電力系統(tǒng)阻抗已經在諧波抑制控制 期間改變，根據第一實施例的控制系統(tǒng)也能夠立即正確地校正真實系統(tǒng)的傳遞特性的反模 型和并且自動持續(xù)進行諧波抑制運行。
[0135] 如以上說明的，除了周期性干擾觀察器12形式的基礎控制構造的穩(wěn)健的穩(wěn)定性之 外，第一實施例使得即使真實系統(tǒng)的傳遞特性P n變化并且在穩(wěn)健的穩(wěn)定性區(qū)域之外的區(qū)域 中進行工作也自動地校正周期性干擾觀察器12的模型，從而能夠實現(xiàn)所有工作區(qū)域中的穩(wěn) 定性。
[0136] 因此，即使電力系統(tǒng)阻抗是未知的，也可以不用預先識別電力系統(tǒng)，以使維護便利 化并且自動化進行控制調節(jié)。
[0137] [實施例2]
[0138] 在第一實施例中，將通過表達式(2)的LPF Gf(S)提取的脈動頻率分量1%作為諧波 感測電流代入第N個樣本的d軸和q軸η階諧波中的反模型估計式(21)中。在LPF Gf( s)中包 含響應延遲，因此，相對于真實系統(tǒng)的傳遞特性Pn的變化，表達式(21)的估計被延遲。因此， 第二實施例使用表達式(22)表示的學習控制時段Tl中的平均諧波電流作為用于學習控 制的諧波電流檢測技術。
[0139] [數學式 20]
[0140]
[0141] 由于在本說明書的條件下，例如學習控制時段Tl被設置為TL = 20[ms]，而周期性觀 察器的控制時段Ts是Ts = 100[ys]，可以通過對以控制時段Ts對諧波感測電流匕"進行采樣 而得到的200個數據項求平均，來確定學習控制時段Tl中的平均值β因此，在學習控制時 段?Υ是周期干擾觀察器的控制時段Ts的整數倍的前提下，可如表達式(23)那樣地計算平均 諧波電流。
[0142] [數學式 21]
[0143]
[0144] 在這個表達式中，后綴k表示周期性干擾觀察器的第k個采樣。
[0145] 類似地，計算諧波抑制命令電流I*n的平均值|*n。
[0146] [數學式 22]
[0147]
[0148] 圖3是第二實施例的框圖。通過表達式(25)給出真實系統(tǒng)的輸入-輸出關系。
[0149] 「救受忒
[0150；
[0151] 如第一實施例中一樣，如下地定義學習控制時段Tl的一個米樣間隔（第N次采樣- 第(N-I)次采樣)期間各信號的差分。
[0152] [數學式 24]
[0153]
[0154]根據表達式(25)和(26)，關于一個采樣間隔期間的差分，以下關系成立。[0155]
[0156]
[0157] 總體上，在字·>」捏制時段Tl = 20ms的極羝的時I日」內，電刀糸統(tǒng)的諧汲特?生的變化 和系統(tǒng)阻抗的變化是平緩的并且變化量非常小。因此，通過忽略表達式(27)中的一個樣本 間隔期間真實系統(tǒng)傳遞特性的差分A Pb[N]和周期性干擾電流的差分△ dIn[N]而使其大致等 于零來得到表達式(28)。
[0158] [數學式 26]
[0159]
[0160] 根據表達式(28)，對于第N個樣本的η階諧波的真實系統(tǒng)的傳遞特性的估計值 被估計為表達式(29)。
[0161] [數學式 27]
[0162]
[0163]因此，通過表達式（30)給出針對第N個樣本的η階諧波的周期性干擾的反模型
[0166] 通過以dnqn旋轉坐標系展開表達式(30)，通過表達式或式(31)給出第N個樣本中的 η階諧波的d軸和q軸估計反模型和44；￥] β
[0167] [數學式 29]
[0169] 圖4是圖3中示出的學習控制部29的框圖。將感測的諧波電流的當前平均采樣值 和丨·-[的以及諧波抑制命令的當如平均米樣值丨*.d.nl·和丨*·(?ιι?Ν]和通過延遲電路Z 1 得到的前一平均采樣{!
t入表達式或式（31)的 反模型估計表達式中。將估計的反模型&依次應用于周期性干擾觀察器12的 乘法器 23da、23db、23qa 和 23qb。
[0170] 根據第二實施例，通過使用對以周期性干擾觀察器12的控制時段Ts的時間間隔期 間得到的諧波感測電流isn和諧波抑制命令電流1~求平均而得到的平均值，來估計模型。因 此，除了第一實施例的效果之外，第二實施例使得能夠使用學習控制時段IV決速地估計周 期性干擾觀察器12的倒數QddPQ qn，而不像第一實施例中那樣受LPF Gf(S)的檢測響應延遲 的影響。
[0171] [實施例3]
[0172] 當例如在第二實施例的反模型估計表達式(31)中分母變?yōu)榈扔诹銜r，因除以零的 形式而計算變得不可行。因此，第三實施例采用在第一實施例或第二實施例的控制系統(tǒng)中 防止除以零的手段。
[0173] 在下面的說明中，以第二實施例的表達式(31)為例。通過下式(den:分母)表示表 達式(31)中的分母。
[0174] [數學式 30]
[0175]
[0176] 通過諧波感測電流in的平均值中的d軸分量和q軸分量的一個采樣間隔期間的差 分表示分母den。因此，當在學習控制時段IY的一個采樣間隔期間諧波感測電流i sn的變化變 成零時，分母den隨后變成等于零。
[0177] 因此，如表達式或式(33)和圖5中所示，當分母den小于或等于任意閾值Th時，控制 系統(tǒng)執(zhí)行停止學習控制的順序操作并且在停止時段期間保持緊接著停止之前的估計的反 豐莫型和不7變。在圖5中，f lg_latch是鎖存標志，&?和是通過反向鎖存操作 得到的估計模型值。
[0178] [數學式 31]
[0180] 第三實施例的控制系統(tǒng)能夠防止求出反模型的估計值和0_[Af]的等式被零 除，在產生除以零的工作條件下停止模型的學習功能，保持緊接著學習功能停止之前的估 計反模型值并且輸出緊接著停止之前的估計的反模型值。
[0181] [實施例4]
[0182] 實際系統(tǒng)涉及測量誤差并且在向周期性干擾觀察器的反模型和0^#1直接 應用觀察器模型的估計結果的情況下會導致不期望的控制操作。因此，如圖6中所示，除了 第三實施例之外，第四實施例還在輸出觀察器模型的估計結果的輸出部采用任意濾波器 48 〇
[0183] 雖然濾波器48的類型不受特別限制，但使用對觀察器模型的估計結果的響應速度 沒有影響的種類的低通濾波器或移動平均濾波器或限制改變速率的操作對于提供平緩地 跟隨正確觀察器模型的性能和避免觀察器模型的突變而言是有效的。
[0184] [實施例5]
[0185] 如圖7中所示，根據第五實施例的控制系統(tǒng)被設計成用根據第一實施例至第四實 施例之一的周期性干擾觀察器12的控制構造的并行布置來處理多階（例如，-5階、7階…η 階)的諧波分量。
[0186] 各階的周期性干擾觀察器12的內部與第一實施例至第四實施例之一示出的相同。 通過將各階的諧波抑制命令的d軸分量I*d5、I*d7^_I*d n相加來確定d軸諧波抑制命令電流 I*d，通過將各階的諧波抑制命令的q軸分量I*q5、I*fI*qn相加來確定q軸諧波抑制命令電 流 I*q〇
[0187] 除了第一實施例至第四實施例的效果和作用之外，第五實施例還能夠同時抑制多 階的諧波分量。
[0188] [實施例6]
[0189] 作為使用用作有源濾波器的電力轉換裝置的實際系統(tǒng)中的重要點之一，系統(tǒng)不能 補償超出電力轉換裝置容量的諧波電流。與電力系統(tǒng)連接的有源濾波器能夠盡可能供應諧 波抑制電流。然而，在這種情況下，有源濾波器在諧波抑制命令電流I* dn和I*qn達到飽和的 狀態(tài)下工作。因此，第六實施例提出了諧波抑制命令電流的飽和狀態(tài)下的模型學習功能和 諧波抑制技術。
[0190] 當對于用于補償的諧波補償量而言逆變器的裝置容量變得不足時，諧波抑制效果 降低。根據諧波的階次，所需的補償容量不同，并且沒有考慮到此差異的諧波抑制控制可能 無法提供抑制特定階次的諧波的效果。因此，如圖8中所示，第六實施例采用了限制器32,限 制器32用于對被設計用于控制各階諧波的周期性干擾觀察器12的諧波抑制命令電流(限制 器之前的）Tdjpr qn，限制命令幅值。
[0191] 學習控制部29采用圖2的構造。然而，限制器之后的值被用作諧波抑制命令電流 I*d4PI*qn。限制器32只將諧波抑制命令電流(限制器之前的）Tdjprqn的幅值限制成期望 的限制值Limn。諧波抑制命令電流I*d4PI*qn的相位不受限制并且被允許即使幅值受限制器 32限制也自由地變化。只要讀取了諧波抑制命令電流I*d4PI* qn以及周期性干擾感測電流 Isdn和Isqn或感測諧波電流isdn和isqr^d nqn坐標的變化，就能夠正確地執(zhí)行以上提到的學習 功能來估計周期性干擾觀察器12的模型().。因此，即使如果在幅值受限時相位變化，而在 限制器工作期間，也能夠用學習控制功能持續(xù)估計周期性干擾觀察器12的反模型I。
[0192] 因此，通過在幅值限制的范圍內自動地搜索能夠最多抑制諧波的諧波抑制電流相 位，能夠有效地執(zhí)行抑制。即使系統(tǒng)和諧波分量的幅值和相位特性已經在工作期間變化，控 制設備也能夠使周期性干擾觀察器12的反模型g正確地跟隨。
[0193] 圖9示出限制器32的實現(xiàn)示例。圖9僅僅是一個示例?？梢圆捎酶鞣N其它實現(xiàn)形式 中的任一個，只要僅幅值受限即可。
[0194] 幅值計算部分51用諧波抑制命令電流（限制器之前的）VddPVqn來確定幅值 λ/巧+;。比較器52將幅值+ 與期望的限制值Limn?行比較。通過使用通過比較 而選擇的較大的一個，除法部53除以限制值Limn。因此，輸出限制的比率。乘法器54和55將η 階諧波抑制命令電流以通過除法部而得到的比率，從而輸出最后的η階諧波抑 制命令電流I *dn和I *qn。
[0195] [實施例7]
[0196] 如圖10中所示，根據第七實施例的控制系統(tǒng)被設計成用周期性干擾觀察器12的控 制結構的并行化布置來處理多階(例如，-5階、7階…η階)的諧波分量。
[0197] 各階的周期性干擾觀察器12的內部與圖8中示出的內部相同。通過將各階的諧波 抑制命令的d軸分量I*d5、I*d7^_I*d n相加來確定d軸諧波抑制命令電流I*d，通過將各階的諧 波抑制命令的q軸分量I*q5、I*fI* qn相加來確定q軸諧波抑制命令電流I*q。
[0198] 除了第六實施例的效果和作用之外，第七實施例還能夠同時抑制多階的諧波分 量。
[0199] 此外，能夠獨立且任意地設置不同階次的限制器的限制值。例如，較高階次的諧波 分量的阻抗往往會變得較高，因此產生諧波干擾抑制電流所需的逆變器電壓往往會變得較 高，使得電壓飽和的趨勢加大。因此，通過針對較高階次將限制值設置得較低，控制系統(tǒng)能 夠執(zhí)行限制用于較高階諧波的抑制的比例并且重點放在抑制較低階諧波分量的操作。
[0200] 此外，可以監(jiān)測感測諧波的各階分量的比例，并且通過重點放在具有較大比例的 階次的抑制來確定限制值。
[0201] 盡管以上詳細說明了將本發(fā)明應用于用周期性干擾觀察器對電力系統(tǒng)進行諧波 抑制的實際示例，但在本發(fā)明的技術構思的范圍內，可以進行各種變形和修改。本發(fā)明總體 上能夠廣泛應用于對受控對象的周期性干擾的抑制。這些變形和修改自然落入專利權利要 求書的范圍內。
【主權項】
1. 一種周期性干擾抑制控制設備，所述周期性干擾抑制控制設備包括： 周期性干擾感測部，感測受控對象的周期性干擾作為直流分量的感測的周期性干擾； 周期性干擾估計部，通過確定利用乘法器使用根據控制系統(tǒng)的傳遞特性確定的從周期 性干擾抑制命令到所述感測的周期性干擾的傳遞特性的倒數與所述感測的周期性干擾相 乘而得到的信號、與通過只將檢測延遲加到所述周期性干擾抑制命令而得到的信號之間的 差分，來估計周期性干擾； 加法器，通過計算由所述周期性干擾估計部估計出的估計周期性干擾與抑制干擾的周 期性干擾命令之間的偏差，來計算周期性干擾抑制命令;以及 學習控制部，按照通過將一個樣本間隔期間的周期性干擾抑制命令的差分除以所述一 個樣本間隔期間的感測的周期性干擾的差分而得到的量，來校正所述傳遞特性的倒數。2. 根據權利要求1所述的周期性干擾抑制控制設備，其中，所述周期性干擾抑制設備被 布置為通過將所述周期性干擾抑制命令疊加于與電源的系統(tǒng)總線連接的電力轉換裝置的 命令來抑制周期性干擾。3. 根據權利要求1或2所述的周期性干擾抑制控制設備，其中，所述學習控制部被配置 為使用周期性干擾觀察器的控制時段的間隔期間的平均值作為所述感測的周期性干擾和 所述周期性干擾抑制命令。4. 根據權利要求1至3中的一項所述的周期性干擾抑制控制設備，其中，所述學習控制 部被配置為當所述感測的周期性干擾的平均值的一個樣本間隔期間的差分低于或等于閾 值時，停止學習控制并且輸出緊接著停止之前的所述傳遞特性的倒數。5. 根據權利要求1至4中的一項所述的周期性干擾抑制控制設備，其中，所述學習控制 部包括抑制所述傳遞特性的倒數突變的濾波器。6. 根據權利要求1至5中的一項所述的周期性干擾抑制控制設備，其中，設置有限制器， 所述限制器在所述周期性干擾抑制命令的幅值大于限制值時限制所述周期性干擾抑制命 令的幅值。7. 根據權利要求1至6中的一項所述的周期性干擾抑制控制設備，其中，多個周期性干 擾控制設備被并行地布置，并且被配置為抑制多階的周期性干擾。
【文檔編號】G05B13/02GK105940353SQ201580006436
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2015年1月30日
【發(fā)明人】只野裕吾
【申請人】株式會社明電舍