[发明专利]一种变流器电流内环最优增益确定方法

说明书

本发明公开了一种变流器电流内环最优增益确定方法。该方法为：首先在离散域建立被控对象的数学模型；然后通过定义闭环极点至单位圆距离最小值函数，扫描控制器增益并求解各控制器增益对应闭环极点的位置，得到闭环极点至单位圆最小距离的关系曲线；最后在系统稳定的前提下，计算闭环极点至单位圆最小距离关系曲线的极大值，该极大值所对应的控制器增益，即为电流环最优增益。本发明为变流器双闭环控制的电流内环增益提供了一种简便直观的确定方法，在实现最优增益的前提下，优化了系统阻尼，抑制了输出LC滤波器的谐振，为电压外环的参数设计提供了理论基础。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，特别是一种变流器电流内环最优增益确定方法。

背景技术

变流器能够为本地负载提供可靠供电，典型的应用场合有独立运行的储能变流器(PCS)、不间断电源(UPS)、独立式分布式发电、微电网以及岸电电源等。在这些场合，要求变流器能够为负载提供频率与幅值恒定、三相平衡、低THD的高质量供电电压，而输出电流由负载决定。由于负载的类型各式各样，比如有三相平衡负荷、三相不平衡负荷以及单相负荷，还有整流非线性负荷等等，因此电流的波形与频谱非常复杂。而无论何种负荷的接入，均要求变流器能够提供三相稳定的电压，此时变流器对负载而言等效为一个可控电压源，因此变流器输出电压质量是整个控制系统的关键。

由于电压源型变流器(Voltage Source Converter,VSC)的出口是一个脉宽调制电压，对于大功率变流器一般采用LC滤波器，以滤除输出电压的高频分量，而LC滤波器的设计要满足截止频率(滤波能力)、空载无功电流以及满载电压降落(直流母线输出能力)的要求。LC滤波器存在固有串联谐振点，而VSC出口脉宽调制电压具有非常丰富的频率分量，因此电压谐波分量容易引起LC滤波器谐振，导致变流器过流并恶化输出电压质量，因此设计控制系统时应避免这个问题。

双闭环控制采用电压外环与电流内环的结构，通过电流内环的比例增益为输出LC滤波器提供虚拟阻尼，在不增加损耗的前提下改善其频率响应从而抑制谐振，并且电流环的引入可以避免负载投入瞬间的电流冲击问题，减小变流器过流的风险，另外通过在电压外环引入负序以及各次谐波分量的调节，可以实现对不平衡以及非线性负载的补偿，因此可以获得很高的输出电压质量。然而，目前电流环功能定位不明确，虽然电流环改善系统阻尼的功能得到了广泛认可，但是依然存在需要提高电流环带宽以实现无静差调节的错误观念，而有关如何设置电流环增益以达到系统阻尼最优化的研究还不够深入，而这也是双环控制参数设计的关键，直接关系到系统的稳定性以及外部电压环的参数设计。

到目前为止，有关电压源输出变流器的分析与控制器设计，绝大多数是在连续域进行，没有考虑数字控制的一拍延时，或者使用一阶Pade函数近似，这对于开关频率较高(比如10kHz及以上)的情况下分析的误差较小，结果是有效的。但是大功率变流器为了满足温升散热的要求，一般开关频率限制在3kHz～4kHz左右，因此在连续域分析与设计电压源输出变流器无法满足准确性与可靠性的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于电流内环最优阻尼增益的确定方法，可以使双闭环控制达到系统阻尼最优化的目的，最大程度地抑制输出LC滤波器的谐振，为电压外环的参数设计提供基础。

实现本发明目的技术解决方案为：一种变流器电流内环最优增益确定方法，包括以下步骤：

步骤1、建立被控对象的离散模型；

步骤2、定义闭环极点至单位圆距离的最小值函数min|D_z|；

步骤3、扫描控制器增益K_I，求出对应闭环极点p_cl的位置；

步骤4、求出各p_cl对应min|D_z|的取值，得到K_I与min|D_z|的关系曲线f_s；