[发明专利]基于自反馈校正装置模型控制的高铁低频振荡抑制方法

权利要求书

1.基于自反馈校正装置模型控制的高铁低频振荡抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A：构建动车组网侧脉冲整流器的dq坐标系下的电流电压方程和离散的电流模型预测表达式，并设计代价函数；

建立动车组脉冲整流器的等效电路，得到单相脉冲整流器主电路模型：

式中，L₀为牵引变压器牵引绕组等效漏感；R₀为牵引变压器牵引绕组等效阻抗；e_n和i_n分别为牵引网侧等效交流电压和电流；u_ab为整流器输入电压；

设ω为牵引网侧电压基波角频率，得到单向脉冲整流器在dq旋转坐标系下的交流侧电路数学模型：

其中，e_nd和e_nq分别为牵引网侧等效电压的dq分量值；i_nd和i_nq分别为牵引网侧等效电流的dq分量值；u_abd和u_abq分别为整流器输入电压的dq分量值；

应用前向欧拉公式实现预测模型的离散化，得到单相脉冲整流器的离散预测模型：

式中，i_nd0(k+1)和i_nq0(k+1)分别为下一采样时刻在理想预测电流d轴和q轴的离散值；u_abd(k)和u_abq(k)分别为当前采样时刻整流器输入电压在d轴和q轴的离散值；e_nd(k)和e_nq(k)分别为当前采样时刻牵引网侧等效电压在d轴和q轴的离散值；i_nd(k)和i_nq(k)分别为当前采样时刻电流在d轴和q轴的离散值；i_nd(k+1)和i_nq(k+1)分别为下一采样时刻电流在d轴和q轴的离散值；T_s为采样步长；

跟据前一采样时刻与当前采样时刻整流器输入电压的关系，得到：

其中，u_abd(k-1)和u_abq(k-1)分别为前一采样时刻整流器输入电压在d轴和q轴的离散值；Δu_abd(k)和Δu_abq(k)分别为前一采样时刻和当前采样时刻在d轴和q轴的电压变化量；

实现模型预测控制的关键在于对代价函数的优化求解，根据控制目标，设计代价函数如下：

则下一采样时刻最优的控制电压变化量为：

步骤B：分析网侧参数不确定性产生的误差；

考虑网侧等效电阻和电感的不确定性，得到新的电流预测模型如下：

式中，和为下一采样时刻在d轴和q轴的实际电流值；ΔR为模型与实际系统中的网侧电阻值偏差；ΔL为模型与实际系统中的网侧电感值偏差；

只考虑参数带来的误差，定义电流误差为实际电流值与预测电流值的差值，得到：

其中，和为下一采样时刻由参数引起在d轴和q轴的电流误差；和为下一采样时刻在d轴和q轴的电流预测值；

步骤C：分析离散和采样过程不确定性带来的误差；

考虑离散过程不确定性产生的误差，将采样步长均分为M份，得到：

其中，L和R分别为实际的网侧电感值和电阻值；j表示M中的第j份；

将上式两边分别相加，得到：

令i→∞，得到考虑离散过程后的实际电流值

因此离散过程不确定性产生的误差表达式如下：

式中，和为下一采样时刻由离散过程引起在d轴和q轴的电流误差；

考虑采样不确定性产生的误差，表示为：

式中，和分别表示当前时刻在d轴和q轴的电流采样误差；和分别表示当前时刻在d轴和q轴的整流器输入电压的采样误差；和分别表示当前时刻在d轴和q轴的网侧等效电压的采样误差；和表示下一时刻在d轴和q轴的采样误差；

步骤D：根据步骤B和步骤C中得到的误差，设计自反馈校正装置，将反馈项代入预测模型中，根据代价函数得到补偿后的控制电压；

根据上述步骤，参数、离散和采样不确定性产生的误差如下：

Δ(k)＝[Δ^s(k)+Δ^m(k)+Δ^p(k)]

式中，Δ(k)表示当前时刻的误差总值；

根据误差中的直流分量和交流分量成分，误差分解为稳态和动态误差两种；

式中，Δ^steady(k)表示为当前时刻的稳态误差；

式中，Δ^dyn(k)表示为当前时刻的动态误差；

由于静态误差在两个相邻的采样时刻变化不大，得到下一时刻的误差值：

Δ(k+1)＝Δ(k)+[Δ^dyn(k+1)-Δ^dyn(k)]

其中，Δ(k+1)表示下一时刻的误差值；Δ^dyn(k+1)表示下一时刻的动态误差值；Δ(k+1)变换为：

Δ(k+1)＝Δ(k)+K_d[S_d(k+1)-S_d(k)]

其中：

则自校正装置设计为：

步骤E：将步骤D中得到的控制电压经过坐标变化，再通过SPWM调制得到控制脉冲。