專利名稱：一種基于自抗擾控制技術(shù)的高壓鏈?zhǔn)絪tatcom功率單元模塊直流母線電壓控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高壓鏈?zhǔn)絊TATC0M功率單元模塊直流母線電壓控制方法，主要是指一種基于自抗擾控制技術(shù)的高壓鏈?zhǔn)絊TATC0M功率單元模塊直流母線電壓控制方法，屬于電氣自動化設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鏈?zhǔn)綋Q流器也稱為H橋串聯(lián)換流器，該換流器由多個單相H橋換流器(也可稱為單元功率模塊)的交流輸出串聯(lián)而成，可廣泛應(yīng)用于各種變流裝置中，如高壓變頻調(diào)速器 (MVD)、新型靜止同步補償器(STATC0M)、新能源發(fā)電逆變器、動態(tài)電壓恢復(fù)期(DVR)、有源濾波器(APF)等。采用鏈?zhǔn)綋Q流器的新型靜止同步補償器(STATC0M)又稱為鏈?zhǔn)届o止同步補償器， 其單個H橋換流器又稱為鏈節(jié)。當(dāng)鏈?zhǔn)酵窖a償器直接輸出6KV以上的高電壓時，由于單個功率開關(guān)器件的耐壓限制，鏈?zhǔn)綋Q流器每相需要較多的鏈節(jié)串聯(lián)，這樣控制器要求輸出的脈沖數(shù)及需要監(jiān)控的鏈節(jié)數(shù)也較多。高壓鏈?zhǔn)絊TATC0M通過增加鏈節(jié)及鏈節(jié)過電流能力提高無功發(fā)生裝置的耐壓能力及容量，采用低壓小電流的開關(guān)管來實現(xiàn)高壓大容量輸出。高壓鏈?zhǔn)絊TATC0M所有鏈節(jié)拓撲結(jié)構(gòu)完全相同，便于模塊化設(shè)計和擴展裝置容量，便于系統(tǒng)后期維護以及可以設(shè)置冗余鏈節(jié)、提高系統(tǒng)的故障運行能力。高壓鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)STATC0M的主要缺點之一是其功率單元模塊直流側(cè)電容電壓不平衡，不做控制的各個功率單元模塊電壓值不相等。功率單元模塊直流母線電壓不平衡將影響裝置輸出電壓和輸出電流中的諧波含量(THD)，嚴重時危及到設(shè)備的正常安全運行。由于高壓鏈?zhǔn)絊TATC0M功率單元模塊直流母線電壓與多個參量呈高階、非線性、強耦合關(guān)系以及參數(shù)不確定性問題，傳統(tǒng)的線性反饋及低階次反饋控制(如PI 控制)無法取得滿意的控制效果，因此需要有一種穩(wěn)定可靠、實時性好、動態(tài)響應(yīng)快的控制器對鏈?zhǔn)絊TATC0M功率單元模塊直流母線電容電壓進行平衡控制。自抗擾控制技術(shù)是對一類不確定系統(tǒng)的控制有較好的適應(yīng)性和魯棒性的先進控制理論。它對內(nèi)外擾動有較強的抗擾能力，因其可操作性強且性能優(yōu)良，已成為控制領(lǐng)域中活躍的研究方向。自抗擾控制技術(shù)可以對系統(tǒng)模型中不確定因素和外部干擾進行動態(tài)觀測，使系統(tǒng)對擾動有很好的適應(yīng)性。高壓鏈?zhǔn)絊TATC0M功率單元模塊直流母線電壓控制系統(tǒng)中，由于模塊各種并聯(lián)損耗及控制PWM脈沖的硬體延遲差異，容易導(dǎo)致各功率單元模塊直流母線電壓不一致，可以將各種并聯(lián)損耗及控制PWM脈沖的硬體延遲差異作為功率單元模塊直流母線電壓控制模型作為系統(tǒng)的未知干擾，利用擴張狀態(tài)觀測器進行補償，從而達到各模塊直流母線電壓一致(等于給定電壓)的目的。鏈?zhǔn)絊TATC0M直流側(cè)電容相互獨立，運行過程中個體單元模塊存在直流電容損耗差異、開關(guān)損耗差異以及驅(qū)動脈沖延遲時間差異等，鏈?zhǔn)絊TATC0M每個單元模塊直流電容電壓不平衡存在差異。影響裝置輸出電壓和輸出電流中的諧波含量，甚至危及到裝置正常安全運行。由于實際電路中開關(guān)器件、電容及分布參數(shù)等無法改變，所以只能通過改變鏈節(jié)吸收的有功的方法來實現(xiàn)直流電容電壓平衡。具體實施通過改變鏈節(jié)輸出電壓的大小和方向，即對應(yīng)到鏈節(jié)控制器輸出的調(diào)制比和移相角。直流電容電壓平衡控制采用分層的控制結(jié)構(gòu)，即由上層控制完成鏈節(jié)總的有功和無功的控制，包括解耦控制、分相控制和非線性控制。功率單元模塊直流母線電壓平衡控制在A、B、C三相輸出電壓參考值的基礎(chǔ)上，將總的輸出電壓具體分配到每個模塊，并根據(jù)每個模塊自身直流母線電壓的情況分別作出微調(diào)，以保證同一相內(nèi)各個模塊直流電壓保持一致。

圖1中udcxy表示任意模塊直流母線電壓的測量值，經(jīng)過低通濾波以后(通常取半個工頻周期內(nèi)的平均值)得到udcxym，與該相所有模塊直流母線電壓的平均值做差，誤差項分別經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器后，PI調(diào)節(jié)器的輸出值與該相實際輸出電流瞬時值的符號相乘，然后除以該模塊直流母線電壓的測量值，最后得到該模塊輸出電壓(與占空比對應(yīng))的微調(diào)量。本系統(tǒng)中現(xiàn)有技術(shù)PI調(diào)節(jié)器的控制框圖如圖2所示?，F(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用多級PI控制器分別調(diào)節(jié)各功率單元直流母線電壓，存在以下兩個缺點1、負載較小時，瞬時電流方向較難分別，對PI控制器出口補償?shù)恼伎毡确至坑兄苯拥挠绊?，直接影響空載電流大小。2、PI調(diào)節(jié)器響應(yīng)速度與直流電容電壓控制過沖有直接的矛盾，很難做到快速響應(yīng)與調(diào)節(jié)電壓過沖問題兼顧。由于本系統(tǒng)中調(diào)節(jié)對象DC電壓與控制對象存在高階強耦合(DC電壓、開關(guān)延時、 并聯(lián)損耗、寄生參數(shù)等)，所以，PI調(diào)節(jié)器的控制存在過沖且在穩(wěn)定點附近會有震蕩。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服PI調(diào)節(jié)器存在的上述不足，提供一種基于自抗擾控制技術(shù)的高壓鏈?zhǔn)絊TATC0M功率單元模塊直流母線電壓控制方法，該方法自抗擾控制器無需判別瞬時電流方向，參數(shù)設(shè)置準(zhǔn)確后，擾動量中包含有功波動的有功分量。自抗擾控制器中因為跟蹤微分器與非線性控制器的存在，可以做到響應(yīng)速度快同時單元直流電容電壓無過沖現(xiàn)象。本發(fā)明的技術(shù)方案1.將鏈?zhǔn)届o止無功補償器功率單元模塊直流母線電壓作為被控對象進行分析，確定被控對象的輸入輸出量及控制量；2.通過自抗擾控制技術(shù)中的微分跟蹤器對被控對象的參考輸入安排過渡過程并提取它的微分信號；3.通過自抗擾控制技術(shù)中的擴張狀態(tài)觀測器(ESO)對高壓鏈?zhǔn)絊TATC0M功率單元模塊直流母線電壓控制模型中的不確定因素和外部干擾進行動態(tài)觀測和估計；4.通過自抗擾控制技術(shù)中的非線性狀態(tài)誤差反饋律(NLSEF)來構(gòu)成系統(tǒng)的控制
星 A uPwm05.在控制過程中對各部分的待定參數(shù)進行調(diào)整，最終實現(xiàn)功率單元模塊直流母線電壓的平衡控制。
由上述分析，第1步所述的根據(jù)高壓鏈?zhǔn)絊TATC0M功率單元模塊直流母線電壓這
個控制對象，確定被控對象的輸入輸出量及控制量。即
權(quán)利要求
1.一種基于自抗擾控制技術(shù)的高壓鏈?zhǔn)絊TATC0M功率單元模塊直流母線電壓控制方法，其特征在于該方法包括第1、將高壓鏈?zhǔn)絊TATC0M功率單元模塊直流母線電壓作為被控對象進行分析，建立功率單元模塊直流母線電壓消耗模型，確定被控對象的輸入輸出量及控制量；第2、通過自抗擾控制技術(shù)中的微分跟蹤器(TD)對被控對象的參考輸入安排過渡過程并提取它的微分信號；第3、通過自抗擾控制技術(shù)中的擴張狀態(tài)觀測器(ESO)對高壓鏈?zhǔn)絊TATC0M功率單元模塊直流母線電壓消耗模型中的不確定因素和外部干擾進行動態(tài)觀測與估計；第4、通過自抗擾控制技術(shù)中的非線性狀態(tài)誤差反饋律(NLSEF)來構(gòu)成功率單元模塊直流母線電壓的有功調(diào)整控制量第5、在控制過程中對各控制器的參數(shù)進行調(diào)整，最終實現(xiàn)高壓鏈?zhǔn)絊TATC0M功率單元模塊直流母線電壓的實時控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于第1步所述的確定被控對象的輸入輸出量及控制量。即
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于第2步所述跟蹤微分器的控制算法為
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于第3步所述的擴張狀態(tài)觀測器對高壓鏈?zhǔn)?STATC0M功率單元模塊直流母線電壓控制模型中不確定因素和內(nèi)外部干擾進行動態(tài)觀測與估計；擴張狀態(tài)觀測器的離散控制算法為
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于第4步所述的通過自抗擾控制器的非線性狀態(tài)誤差反饋律來構(gòu)成控制量，由跟蹤微分器產(chǎn)生的跟蹤信號V1和微分信號V2與狀態(tài)觀測器給出的狀態(tài)估計信號Z1和τ2來構(gòu)造兩個誤差量，
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于自抗擾控制技術(shù)的高壓鏈?zhǔn)絊TATCOM功率單元模塊直流母線電壓控制方法，鏈?zhǔn)絊TATCOM直流側(cè)電容相互獨立，運行過程中個體單元模塊存在直流電容損耗差異、開關(guān)損耗差異以及驅(qū)動脈沖延遲時間差異等，鏈?zhǔn)絊TATCOM每個單元模塊直流電容電壓不平衡存在差異，影響裝置輸出電壓和輸出電流中的諧波含量，甚至危及到裝置正常安全運行，本發(fā)明方法自抗擾控制器無需判別瞬時電流方向，參數(shù)設(shè)置準(zhǔn)確后，擾動量中包含有功波動的有功分量，自抗擾控制器中因為跟蹤微分器與非線性控制器的存在，可以做到響應(yīng)速度快同時單元直流電容電壓無過沖現(xiàn)象。
文檔編號H02J3/16GK102324746SQ20111015293
公開日2012年1月18日 申請日期2011年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月7日
發(fā)明者鄒積勇 申請人:江蘇威凡智能電氣科技有限公司