專利名稱：基于無延時(shí)多旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的單相變換器的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種單相變換器的控制方法，尤其是一種基于無延時(shí)多旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系
的單相變換器的控制方法。
背景技術(shù)：
在工業(yè)控制領(lǐng)域，比例積分PI控制是常用的控制方法，其可實(shí)現(xiàn)直流]
:的零
穩(wěn)態(tài)誤差控制，然而對于交流量，如交流電壓或交流電流，傳統(tǒng)PI控制難以達(dá)到理想的控制效果，存在穩(wěn)態(tài)幅值和相位誤差。實(shí)際應(yīng)用中一般通過增大比例P或積分l系數(shù)提高系統(tǒng)帶寬來減小控制誤差，然而過大的PI系數(shù)將導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。對于三相系統(tǒng)，可通過旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換將交流量轉(zhuǎn)換為直流量。這樣，即使采用較小的比例P或積分l系數(shù)來保證系統(tǒng)具有足夠穩(wěn)定裕度的情況下，也可以消除交流量的穩(wěn)
態(tài)誤差。比如RMattavelli于2001年發(fā)表在IEEE Trans.Industry Applications上的論文《Synchronous-frame harmonic control for high-performance AC power s邵plies》米用多方定
轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換將交流量轉(zhuǎn)換為直流量進(jìn)行控制，然而該方法無法直接應(yīng)用于單相系統(tǒng)。2008年，G.Franceschini在IEEE IAS Conference工業(yè)應(yīng)用會(huì)議上發(fā)表論文《Synchronousreference frame grid current control for single-phase photovoltaic converters》，文中將單相交流電流延時(shí)90度后構(gòu)造出虛擬的三相a |3坐標(biāo)系，然后再經(jīng)過旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換將交流量轉(zhuǎn)換為直流量，再采用PI控制消除穩(wěn)態(tài)誤差。然而該方法中需要一定的延時(shí)，對系統(tǒng)穩(wěn)定性存在一定影響。此外，當(dāng)交流量頻率偏移或變化時(shí)，延時(shí)90度不易實(shí)現(xiàn)。所以單相系統(tǒng)中采用具有延時(shí)的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換控制方法將影響系統(tǒng)的控制性能。
因此，亟需探索一種無延時(shí)的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換方法，在系統(tǒng)穩(wěn)定裕度較大的情況下，滿足單相變換器中交流電壓或電流的精確控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種在滿足系統(tǒng)穩(wěn)定裕度較大情況下，減小單相變換器交流電壓或電流控制的穩(wěn)態(tài)幅值和相位誤差的單相變換器控制方法，以增強(qiáng)系統(tǒng)對擾動(dòng)信號的抵抗能力，實(shí)現(xiàn)單相變換器中交流量精確的控制。 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是 一種基于無延時(shí)多旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的單相變換器的控制方法，其特征在于該方法是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的 步驟1 :首先將單相變換器的參考信號和反饋信號作差后得到誤差信號e，然后將e分別乘以sin(" t) 、 sin(2 w t) ed2…edn禾口 eql、 eq2".eqn;
步驟2:然后將e^、 ed2-
'sin(n co t)禾P cos(" t)、 cos(2 co t)". cos(n " t) f尋至lj edl、'edn和eql、 eq2 eqn分別經(jīng)過積分控制器后得到D,
dl、
D
d2
'D化禾卩D。,、 D。 步驟3 :再將Ddl、 Dd2'" Ddn和Dql、 Dq2'" Dqn分別乘以sin(" t)、 sin(2 " t)...sin(n"t)和cos("t)、 cos(2 " t)…cos(n " t)并將結(jié)果進(jìn)行相加運(yùn)算，并加上誤差信號e經(jīng)
3過比例控制器后的結(jié)果，得到調(diào)制信號D; 步驟4 :最后將D和載波進(jìn)行比較產(chǎn)生單相變換器控制所需的邏輯信號。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的控制方法簡單可行，相比于傳統(tǒng)控制方法，只 需較小的比例積分系數(shù)且具有較大穩(wěn)定裕度的情況下，可以精確控制單相變換器的交流 電壓或電流，以消除對交流信號控制的穩(wěn)態(tài)幅值和相位誤差。本發(fā)明適用范圍廣泛，可 用于單相不間斷電源的電壓控制、單相通用逆變器的輸出電壓控制、單相并網(wǎng)逆變器的 輸出電流控制、單相有源電力濾波器的電流控制等。


圖1為基于無延時(shí)多旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的單相變換器控制方法原理圖 圖2為無延時(shí)單旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系積分控制方法原理圖 圖3為單相并網(wǎng)逆變器控制原理圖 圖4為單相并網(wǎng)逆變器基波電流PI控制仿真結(jié)果 圖5為采用本發(fā)明的單相并網(wǎng)逆變器基波電流控制仿真結(jié)果
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)具體的說明。
本發(fā)明的核心思想是首先將單相變換器中的交流量經(jīng)過無延時(shí)坐標(biāo)變換轉(zhuǎn)換 為直流量，然后經(jīng)過積分控制消除其控制中的靜差，實(shí)現(xiàn)單相變換器中交流量的精確控 制。下面以單相并網(wǎng)逆變器電流控制為例說明本發(fā)明的基本原理 首先分析無延時(shí)單旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系控制方法原理，如圖2所示，其中e為電流誤差，
H(S)為控制器，D為調(diào)制信號。該控制方法時(shí)域表達(dá)式為D(t) = {[e(t).cos("t)]*h(t)}.cos(wt)+{[e(t).sin(wt)]*h(t)}.sin(wt) (1)設(shè)f"t) = h(t)*[e(t).cos(" t)]， f2(t) = h(t)*[e(t).sin(" t)]，然后將f"t)和f2(t)進(jìn)行
拉氏變換，得
=|《啡)1一)xos(鍾)B = * l{e(0-eos(fitf》}=上ff(5)p(s + j'一 + ￡(《—(2)
2
F2(s) = !p(f)Kr),sin(w/)U = ff(s)*l{《)in(srf)} = Z/f(s){￡《s + / )} (3)
2 將式(l)進(jìn)行拉氏變換，得 -1{ [(e(r), cos(滅))* W)] eos(鍾)》+ f{ [(e(#),sin(crf)) * A(/)sin(etf》=荷《(/), eos(Arf)} + f {/2的.sin(ctf)》 (4) 將式(2)和(3)代入式(4)，并化簡可得
玲4〖爭廁+卵,胸)-譜=會(huì),+廁+稀—,)〗(5)
4
將積分控制| (力=1代入式(5)并化簡可得7^=^7 (6) 由式(6)可知，圖2中的無延時(shí)單旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系積分控制方法等效于靜止坐標(biāo)系的 內(nèi)?？刂?。根據(jù)內(nèi)模原理可知，若要求一個(gè)反饋控制系統(tǒng)具有良好的跟蹤指令以及抵消 擾動(dòng)影響的能力，則在反饋控制環(huán)路內(nèi)部必須包含一個(gè)描述外部輸入信號指令信號和擾 動(dòng)信號動(dòng)力學(xué)特性的數(shù)學(xué)模型，該數(shù)學(xué)模型就是所謂的"內(nèi)模"(internal model)。由于 單相變換器中輸入信號指令和擾動(dòng)信號均為交流量，而式(6)中的控制器正是交流信號的 數(shù)學(xué)模型，因此該方法可實(shí)現(xiàn)交流量的精確控制。 當(dāng)輸入信號指令和擾動(dòng)信號為多個(gè)交流量i:sin(n"t)時(shí)，則需要n個(gè)內(nèi)模控制
器保證交流量的精確控制!E;r^F，此時(shí)對應(yīng)的是基于無延時(shí)多旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的控制方
法。與內(nèi)?？刂葡啾?，本發(fā)明提出的方法具有頻率自適應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)，而內(nèi)?？刂剖茴l率波 動(dòng)的影響較大。 圖3為單相并網(wǎng)逆變器控制原理圖，其中直流側(cè)電壓為400V，交流側(cè)電網(wǎng)電壓 為311sin("t)+20sin(3"t)，比例系數(shù)kp二0.05， 1^=10，并網(wǎng)電流參考值為10sin(" t)。
圖4為單相并網(wǎng)逆變器采用PI控制的仿真結(jié)果，可以看出，電流存在較大誤 差，同時(shí)由于電網(wǎng)中3次諧波電壓的存在導(dǎo)致電流中出現(xiàn)了3次諧波，電流總諧波畸變率 高達(dá)16.07%。 圖5為采用本發(fā)明的單相并網(wǎng)逆變器基波電流控制仿真結(jié)果，可以看出，本發(fā) 明的控制方法可以實(shí)現(xiàn)電流的零穩(wěn)態(tài)誤差控制，同時(shí)可以有效抑制電網(wǎng)諧波對電流的影 響，電流總諧波畸變率僅為1.36%，遠(yuǎn)低于IEEE規(guī)定5%的標(biāo)準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種基于無延時(shí)多旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的單相變換器的控制方法，其特征在于該方法是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的步驟1首先將單相變換器的參考信號和反饋信號作差后得到誤差信號e，然后將e分別乘以sin(ωt)、sin(2ωt)...sin(nωt)和cos(ωt)、cos(2ωt)...cos(nωt)得到ed1、ed2...edn和eq1、eq2...eqn；步驟2然后將ed1、ed2...edn和eq1、eq2...eqn分別經(jīng)過積分控制器后得到Dd1、Dd2...Ddn和Dq1、Dq2...Dqn；步驟3再將Dd1、Dd2...Ddn和Dq1、Dq2...Dqn分別乘以sin(ωt)、sin(2ωt)...sin(nωt)和cos(ωt)、cos(2ωt)...cos(nωt)并將結(jié)果進(jìn)行相加運(yùn)算，并加上誤差信號e經(jīng)過比例控制器后的結(jié)果，得到調(diào)制信號D；步驟4最后將D和載波進(jìn)行比較，產(chǎn)生單相變換器控制所需的邏輯信號。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于無延時(shí)多旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的單相變換器的控制方法，將變換器的參考信號和反饋信號作差后得到誤差信號e，然后將e分別乘以sin(ωt)、sin(2ωt)...sin(nωt)和cos(ωt)、cos(2ωt)...cos(nωt)得到ed1、ed2...edn和eq1、eq2...eqn。然后將ed1、ed2…edn和eq1、eq2…eqn分別經(jīng)過積分控制器后得到Dd1、Dd2…Ddn和Dq1、Dq2…Dqn，再將Dd1、Dd2…Ddn和Dq1、Dq2…Dqn分別乘以sin(ωt)、sin(2ωt)...sin(nωt)和cos(ωt)、cos(2ωt)...cos(nωt)并將結(jié)果進(jìn)行相加運(yùn)算，并加上誤差信號e經(jīng)過比例控制器后的結(jié)果，得到調(diào)制信號D，最后將D和載波進(jìn)行比較產(chǎn)生單相變換器控制所需的邏輯信號。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)無延時(shí)的單相交流旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，有效的克服了基于延時(shí)的單相交流旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換所存在的問題，在系統(tǒng)穩(wěn)定裕度較大的情況下，滿足單相變換器中交流電壓或電流的精確控制。
文檔編號H02M7/537GK101692598SQ20091007565
公開日2010年4月7日 申請日期2009年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月29日
發(fā)明者楊秋霞, 趙清林, 郭小強(qiáng), 顧和榮 申請人:燕山大學(xué)