[发明专利]一种基于PI和重复控制并联的三相逆变器控制方法

说明书

本发明公开了一种基于PI和重复控制并联的三相逆变器控制方法，包括：建立三相逆变器在三相静止坐标系的数学表达式，通过坐标变换将其转换到同步旋转坐标系下，确立三相逆变器的双闭环控制控制框图，电流环采用PI控制，电压环采用PI和重复控制并联的控制策略。本发明具有在带非线性负载条件下降低三相逆变器输出电压波形总谐波畸变率的效果。

技术领域

本发明属于电力电子和电力自动化设备的控制技术领域，具体涉及一种基于PI和重复控制并联的三相逆变器控制方法。

背景技术

随着城市化进程的迅速发展，给人们带来舒适便利生活的同时，所带来的附加问题是城市人口的急剧膨胀和交通出行的不便。地铁列车运量大、速度快的优势是其他交通工具所达不到的。同时，城市轨道交通具有节省土地、减少噪音、节约能源和减少污染等一系列特点，发展城市轨道交通已成为缓解城市交通拥堵的最佳选择。

由于城市轨道交通站间距离短，车辆运行过程中存在频繁启动、加速、制动、停车等一系列动作，因此制动能量是相当可观的，据统计制动能量高达牵引能量的30％。目前，我国绝大部分线路车辆将这部分制动能量都消耗在制动电阻上，造成能量的巨大浪费，引起隧道、站内环境温度升高，加重散热通风系统负担，增加了能量的消耗，同时对隧道内其它电气设备带来了影响。因此通过轨道交通牵引系统能量回馈装置将列车制动能量经过逆变升压反馈至35kV中压供电网，通过制动能量再利用，整体降低轨道交通列车能量损耗已变得极为重要。

通常三相逆变器的多采用PI控制的方案，包括有效值的PI控制和瞬时值的PI控制。在带线性负载的条件，采用PI控制时输出电压波形总谐波畸变率较低；但是在带非线性负载的条件下，PI控制总谐波畸变率高。而在大多数情况中，三相逆变器多带非线性负载，这种条件下，采用PI控制的三相逆变器输出波形已经无法满足实际应用的需求。

发明内容

针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于PI和重复控制并联的三相逆变器控制方法，以实现三相逆变器在带非线性负载条件下降低总谐波畸变率的效果。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的一种基于PI和重复控制并联的三相逆变器控制方法，包括步骤如下：

1)建立三相逆变器在三相静止坐标系的数学表达式；

2)通过Clark和Park坐标变换(3s/2r变换)将上述数学表达式转换到同步旋转坐标系下；

3)确立三相逆变器的双闭环控制控制框图；

4)电流环采用PI控制，电压环采用PI和重复控制并联。

进一步地，所述步骤1)具体包括：根据三相逆变器中的桥臂点电压、输出电压、电感电流、输出电流之间的关系经过拉普拉斯变换得到其在三相静止坐标系abc轴下的矩阵表达式。

进一步地，所述步骤2)具体包括：对电压和电流的矩阵表达式进行坐标变换，得到同步旋转坐标系dq轴下的矩阵表达式；完成abc轴到dq轴的坐标变换，需要Clark变换和Park 变换两个过程，Clark变换abc轴三相信号等效到α轴和β轴上，β轴超前α轴90°，α轴与a轴重合；Park变换将α轴和β轴信号等效到dq轴上，q轴超前d轴90°，dq轴以ω的角速度旋转；abc坐标系下的电压电流信号均为交流信号，PI控制无法对其进行无静差的追踪， dq轴下的电压电流均为直流信号。

进一步地，所述步骤3)具体包括：在同步旋转坐标系下建立一个电压电流双闭环的控制方案，其中电压环的指令为输出电压给定值，电压环的输出作为电流环的指令，该控制方案还包括dq轴的电流电压解耦。

进一步地，所述步骤4)具体包括：电流环采用PI控制来保证系统动态响应速度；为抑制输出电压的谐波，电压环采用PI和重复控制并联来抑制输出电压的谐波。