英语原文共 7 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
H桥串联型静止无功发生器的多目标电流跟踪控制策略的研究与设计
摘要----本文介绍了一种H桥串联型静止无功发生器（SVG）改进的电流跟踪控制策略。这种控制策略不仅可以提高动态响应速度和电能质量，而且还提高了电网的可靠性。分析了无功补偿的工作原理，建立H桥串联型SVG的数学模型，模型离散为离散数学模型。构建离散时间静态观测器，提出了一种改进的死区电流控制策略。通过比较死区控制和电流前馈耦合控制，这种死区控制具有多目标的特点。通过测试2mvar 10KV无功补偿系统，检测出了死区电流跟踪控制的优点。仿真和实验结果表明，该控制策略能有效改善波形的动态特性和正弦度。
I.引言
绿色电力已引起越来越多的关注，电能质量越来越大。由于大量的非线性负载和终端，电能质量不能满足要求。为了提高电网电能质量，提高电网的功率，主要途径是采用动态无功补偿装置和有源电力滤波器。所有的措施中，级联H桥SVG已成为主流，对它的研究受到了广泛的关注和讨论。
SVG的特点是总损失低，动态响应快，低谐波电流，储能装置小和低成本。级联H桥SVG的优点是模块化结构，当时的水平是需要改变的，它可以通过增加功率单元串联连接到每个阶段完成相同的号码。由于其模块化的设计，级联H桥SVG实现更好的安装能力和可维护性。此外，相同数量的水平输出时，级联H桥SVG保留更少的元件，更少的谐波电流，而且成本比其他方法低。
电流控制策略是决定SVG的静态和动态性能的关键。对SVG的电流控制方式包括三角波比较，滞环控制，电流前馈解耦控制、重复控制、滑模变结构控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制系统、节奏控制和无差拍控制。由于系统的控制目标是不同的，将有不同的方法混合，为一个互补的优势，并提出了一些复杂的控制方法。
三角波比较控制策略中有相位角误差。虽然滞环控制具有更好的动态性能，但其在开关频率范围已成为最大的障碍在级联H桥拓扑的应用。然而，比例调节器的延迟是三角波比较控制和滞环控制的共同缺点。不同电路参数的影响带来的问题是不正确的控制。电流前馈解耦控制在抑制谐波的过程中会使动态响应速度慢。鲁棒性和快速响应是滑模变结构控制的优点，但在补偿后的电源电流会包含高次谐波。
无差拍控制可以结合载波移相脉宽调制(CPS-PWM)技术在H桥级联型SVG的应用。它使整个系统具有快速的动态响应和确认的频率。死区控制是一种数学控制策略，其跟踪精度高，动态响应快。
在参考文献[3]中，作者设计了一种新的死区控制策略，它可以与模型预测控制相结合。这种控制可以实现在SVG系统的平衡直流电容器。它也可以减少开关损耗，使系统具有很宽的带宽。控制的计算简单。在参考文献[13]中，新的输出变量被收购的切换期间的中间瞬时采样，并通过它的观察者的错误被纠正。该方法消除了时间延迟的影响不仅使稳定性提高也无差拍控制在电流环的充分实现。但控制策略复杂，计算量更大。在参考文献[14]中，该方法采用重复控制来预测下一个控制周期中的平均网格电压，以提供优良的动态控制。该控制条件是在电网电压畸变下。但在本文中不考虑网格电压的失真。在参考文献[17]中，这个死区控制不能受源电压的失真的影响。但这种控制影响的开关频率高。如果频率很低，电流波形的影响就不好。
本文提出了一种新型的基于瞬时功率理论的死区控制。首先，对无功补偿原理进行了分析。由级联H桥的数学模型。然后，它是离散的数学。推导出一种新的死区控制策略。该控制可以使补偿电流跟踪当前的命令。控制效果不会影响源电压的失真。真正的总谐波失真很小，准确度高。它也可以减少总损失。由于耦合电路参数的耦合，在基础上增加了预测因子对基本死区控制策略的影响，避免了参数的影响。仿真和实验的基础上的控制策略的代表。它的稳定性和动态性能良好。
II.系统结构与原理
如图1所示，为H桥串联型SVG系统框图。Usa, Usb 和Usc是电网的三相电压。isa， isb和 isc是电网的三相电流。系统的负载通常是非线性的。iLa， iLb和 iLc是负载的三相电流。串联H桥SVG通过电感L并联到电网上。R是SVG等效损耗电阻。每相串联着N个H桥。
从图1 可以看出电力单元Ha1的输出连接Ha2的输入。电网是星型连接。N是三相SVG的公共连接点。每个H桥由四个IGBT V1 ，V2， V3 ，V4和一个
图1. H桥串联型SVG系统框图
电容器C组成。V dc是直流电容电压。ica， icb， icc是SVG的三相电流。uca ，uca， uca是SVG的三相电压。usk，isk， iLk ，Vdc是缩写形式。无功功率的瞬时电流是基于瞬时功率理论检测的。SVG的控制电路包含两环。内环是电流控制回路。外环为电压控制回路。该系统采用载波相移调制方式。ica , i cb , i cc等于负载的无功电流的大小。ica , i cb , i cc与负载的无功电流方向相反。所以SVG能动态高效地对电网进行无功补偿。
根据基尔霍夫电压定律，SVG系统的微分方程如下：
假设SVG转换器的输出电压为：
H是变流器的调制比。delta;是电网的源电压和SVG输出电压之间的夹角。在能量关系方程中，考虑（1）和（2），推导出SVG在三相坐标系中的数学模型。将推导的数学模型变化到d-q坐标系得到（3）。
III. 前馈解耦控制策略
SVG是一种解耦系统。SVG输出电压的变化会影响SVG的补偿电流。d-q坐标系的系统参数应该解耦。本文提出的前馈解耦控制原理是将有功功率电流和无功电流解耦为id , iq 。这些电流被分别控制。id是确定SVG直流侧电容电压的有效部分。iq是流动于SVG与电网之间的无功电流分量。在本文中，对经典的前馈解耦电流控制策略进行了改进，增加了阻力系数，使控制性能更好。图2是一种前馈解耦电流控制框图。
图2. 一种新型前馈解耦电流控制的框图。
图2表示该系统的两个控制环，分别是外部电压环和内部电流环。电压环控制直流电容电压。总的直流电容电压udc_ref和实际电容电压udc之间的参考值差异是PI_1控制器的输入。PI控制器的输出电流是有功电流的参考值。SVG的三相电流通过d-q变换转化为瞬时电流id和iq。然后指令与它们的瞬时电流值分别进行比较。指令和瞬时电流的差异是PI_2或PI_3的输入。由于电流id或iq这个差异被加在电感的解耦电压中。为了提高控制精度，阻力系数被加PI_2或PI_3的输入中。然后通过两个加法器计算SVG输出电压指令ud-ref，uq-ref。两个参考电压逆变为三相电压的参考值ua_ref，ub_ref，uc_ref。这些信号转换成PWM控制信号驱动SVG的电源开关。
该解耦电流控制存在一个问题，即有三个电压控制器和一个直流电压控制器。这会影响系统的动态速度。SVG输出电流随着电流命令缓慢变化。电压环和电流环之间的PI参数相互影响。在d-q坐标系下的解耦是部分的。如果d-q坐标系统完全解耦，系统不可能稳定。在第五节中展示了去耦电流控制的仿真和实验。本文这节中描述了一种利用新型死区控制的解耦电流控制。
IV．一种新型的死区电流控制策略
死区的原理是，SVG的三相参考电压通过电压回路方程与电流误差计算得到。然后1KHz三角载波通过各相的调制比的产生。通过在d-q坐标系下转化（3），控制电压矩阵方程如下：
id , iq是SVG在d-q坐标系下的瞬时补偿电流。ud，uq为SVG电压有功分量和无功分量。udref，uqref是电网电压命令。从（4）推导出的离散方程如下：
在KT时刻的SVG输出电压指令是由采样i(kT) , u(kT) , i[(k 1)T]计算得到。由于数学控制，死区电流控制有数学系统滞后。电压指令计算的时刻，实际上是一个开关周期的采样时刻。因此电压指令（K 1）t时刻通过采样电压在KT时刻计算。然后（5）推导出为（6）。
构建离散状态观测器。KT的电流采样是用来预测当前在命令(k 1)T。方程（1）转化为（7）显示如下：
方程（7）是由dq变换在dq坐标的数学模型。推导过程如下：
根据d-q变换的定义，（8）变为（9）。
方程（9）变为（10）。
根据连续时间系统的离散方法，方程（10）是离散的（11）。
方程（11）变为SVG的离散数学模型。
SVG输出电流设置为状态变量。所以，SVG的离散时间的数学模型如下：
比较（12）和（13），得到（14）。
基于SVG的状态可控性，建立离散时间状态观测。
将等式（13）拖进等式（15）。
在（16）式，x(kT)是离散状态观测器的状态变量。y(kT)是观察输出变量。I是该观测器的误差反馈矩阵。设E(kT) y(kT) y(kT)予以总结，观察者的误差反馈矩阵。根据线性系统的稳定性理论，预测误差为零，（17）为如下：
I G(T) （17）
SVG的电压方程：
在经典的死区电流控制中加入死区控制的预测因子。通过许多模拟实现理想的因素。u[(k1)T]是(k 1)T时刻的电压指令。T是开关时间。i[(k 1)T]是在(k 1)T时刻的瞬时电流指令。i[(k -1)T]是在(k 1)T时刻的电流。u[(k 0.5)T]是(k 1)T 和 kT中间时刻的瞬时电压。u(kT)是kT时刻的电压。u[(k 0.5)T]是kT 和
(k 1)T中间时刻的瞬时参考电压。离散状态观测器在电流环中的死区控制结构如图3所示。
图3. 离散状态观测器的死区控制结构
在经典的死区电流控制的基础上，改进了死区控制。它可以实现多目标控制。它使无功电流很好地跟踪电流指令。死亡节拍控制的另一个目标是减少转换器的损失。在试验中，通过控制降低THD。此外，无差拍控制使SVG是一个宽的带宽。最重要的是这个控制只关心当前的采样值。这提高了动态性能。也可以缩短计算时间和计算时间。
V．仿真与实验结果
在MATLAB中的仿真条件下建立SVG仿真模型，检定校正和验证高性能控制方法。仿真参数如下。在每一个阶段有三个H桥功率单元。电网频率为50Hz。总功率单元直流参考电压350V。等效损耗电阻是5Omega;。
- 解耦电流控制仿真
为了验证改进的解耦电流控制策略，系统的负载是有功负载和无功负载。
图4.实际的有功电流和SVG的有功电流指令电流解耦控制波形。
图4表示实际有功电流和SVG的有功电流指令电流解耦控制。图4显示出id是小波动。在1.5s后的瞬时有功电流很好地遵循电流命令。调整时间比死区控制在本文中的时间更长。
图5表示实际的无功电流和SVG无功电流命令中的波形电流解耦控制。要反映的性能，以下的反应性命令的负载条件变化是模拟。
图5.仿真结果表示在电流解耦控制SVG动态过程的动态性能。
当时间为0～0.3s，负载的有功功率为100kW。工作频率为50Hz。当时间为0.3s到1s，有功负荷500kW和容性无功功率是300Kvar。即使负载变化很快
剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[148123]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
