[发明专利]基于LCL滤波的电压型PWM整流器的协同控制系统及方法

说明书

本发明涉及电力电子非线性控制技术，具体涉及一种基于LCL滤波的电压型PWM整流器的协同控制系统及方法，该方法根据KVL和KCL，得三相abc坐标系下的LCL‑VSR数学模型，采用等量坐标变换获得dq坐标系下的数学模型，进而得到LCL‑VSR的开关函数模型；寻找合适的流形，构建比例‑积分形式的流形；控制综合，求解系统控制规律，设计协同控制器。控制器模块根据d轴开关函数以及q轴开关函数通过变换得到电压控制信号，根据空间矢量脉宽调制算法对整流桥功率开关管进行控制，将交流电源模块输出的交流电整流为直流电。该方法抗扰性能较好，高次谐波滤除效果和THD降低有明显的提高，有效的去除谐振。基于协同控制策略的LCL‑VSR控制器收敛速度及控制精度较好，保证系统的稳定。

技术领域

本发明属于电力电子非线性控制技术领域，尤其涉及基于LCL滤波的电压 型PWM整流器的协同控制系统及方法。

背景技术

随着电子控制技术的发展，LCL滤波的PWM电压型整流器(VSR)较传 统L滤波的PWM整流器有良好的高次谐波滤除效果而被大量研究推广。然而 滤波电容的引入增加了谐振现象，如不能有效去除，将造成总谐波畸变率(THD) 的增大，破坏系统稳定性。为了避免谐振问题众多控制理论被运用到LCL滤波 的VSR(LCL-VSR)中，例如滑模控制理论、直接功率控制策略、虚拟电阻法、 无阻尼控制策略等，这些方法以不同的方式来设计了控制系统，在提高功率因 数、降低谐波畸变率和解决谐振问题方面起到了一定效果。

协同控制，利用系统本身的非线性特性和定向自组织原理，在被控系统的 状态空间构造流形，通过合适的流形使系统降阶，效果与滑膜控制类似但不会 出现抖振问题，保证了系统的稳态和动态性质。协同控制对于非线性耗散系统： 一是满足闭环系统一定的暂态特性；二是确保系统在吸引子上及其附近维持渐 进稳定性。流形作为系统状态空间的约束变量，等价于吸引子的作用，其形成 反映了直接自组织过程。相对于传统的控制理论而言，协同控制的闭环系统目 标是变化的，无需对系统进行线性化处理，直接利用系统的非线性特性创建新 的反馈方法。协同控制策略作为一种优秀的控制策略，已得到广泛关注，但其 作为有源阻尼控制策略在LCL-VSR中却鲜有出现。

发明内容

本发明的目的是提供一种以LCL-VSR为载体，以去除谐振及降低THD为 目标，提高系统运行精度及稳定性保证系统稳定性系统及控制方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：基于LCL滤波的电压型PWM 整流器的协同控制系统，包括交流电源模块，交流电源模块分别连接有电压信 号采集传感器、电流信号采集传感器和整流桥功率开关管；电压信号采集传感 器分别连接有锁相环和控制器模块；控制器模块分别与锁相环、电流信号采集 传感器和整流桥功率开关管连接；整流桥功率开关管连接有直流电源。

在上述的基于LCL滤波的电压型PWM整流器的协同控制系统的控制方法 中，包括以下步骤：

步骤1、根据KVL和KCL，得到三相LCL-VSR在三相abc坐标系下的数 学模型，采用等量坐标变换获得dq坐标系下的数学模型，进而得到LCL-VSR 的开关函数模型；

步骤2、寻找合适的流形，构建比例-积分形式的流形；控制综合，求解系 统控制规律，设计协同控制器；

步骤3、控制器模块根据引入协同控制的LCL-VSR的开关函数，通过变换 得到电压控制信号；根据空间矢量脉宽调制算法对整流桥功率开关管进行控制， 将交流电源模块输出的交流电整流为直流电。

在上述的基于LCL滤波的电压型PWM整流器的协同控制系统的控制方法 中，步骤1的实现包括：

步骤1.1、根据KVL和KCL，得到三相LCL-VSR在三相abc坐标系下的数 学模型为：