一種考慮電網(wǎng)頻率偏差的多模重復(fù)控制器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提出考慮電網(wǎng)頻率偏差的多模重復(fù)控制器，主要的適用對象是有源電力濾波器，用于抑制電網(wǎng)頻率偏差工況的負載諧波，屬于電氣工程的電能質(zhì)量領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在電能質(zhì)量的諧波抑制領(lǐng)域，控制的對象是幾次，十幾次，幾十次的諧波電流。普通的PI控制器帶寬較窄，造成了跟蹤控制諧波的效果較差。而在控制系統(tǒng)前向通道上增加延時反饋支路及其他輔助支路，能夠有效跟蹤類似于諧波的周期性外激信號，無靜差跟蹤對應(yīng)于工作頻率或倍數(shù)次工作頻率的周期性信號，這就是在諧波跟蹤控制中應(yīng)用重復(fù)控制的基本原理。
[0003]重復(fù)控制是基于內(nèi)模原理的控制方法，內(nèi)模原理是把外部作用信號的動力性模型植入控制器來構(gòu)成高精度反饋控制系統(tǒng)的一種設(shè)計原理。基于內(nèi)模原理的控制理論為實現(xiàn)對任意形式參考輸入信號的無靜差跟蹤提供了依據(jù)，為實現(xiàn)高精度的反饋控制提供了一種有效的方法。目前，內(nèi)模原理已經(jīng)在線性定常系統(tǒng)和隨動系統(tǒng)的綜合設(shè)計中得到有效的應(yīng)用。
[0004]在應(yīng)用于治理電能質(zhì)量的諧波抑制系統(tǒng)中，控制器的輸入指令是由不同頻率的正弦函數(shù)疊加的信號，而非恒值。在實際的工業(yè)現(xiàn)場，電網(wǎng)的頻率也不是恒定的，而是在允許的范圍內(nèi)發(fā)生偏差，因而需要控制器能夠根據(jù)電網(wǎng)頻率的偏差特征，有效跟蹤電網(wǎng)頻率的變化，或者在頻率偏差的工況下保持良好的諧波跟蹤性能。
[0005]關(guān)于頻率和頻率偏差的概念。在電工學(xué)理論中，正弦量在單位時間內(nèi)交變的次數(shù)稱為頻率，用f表示，單位為Hz (赫茲)。交變(含正負半波的變化)一次所需要的時間稱為周期，用T表示，單位為s(秒)。頻率和周期互為倒數(shù)，即T = Ι/f。系統(tǒng)頻率偏差A(yù)f=乙-f；，式中f；為實際頻率(Hz)，fN為系統(tǒng)標(biāo)稱頻率。一般來講，電力系統(tǒng)頻率僅當(dāng)所有發(fā)電機的總有功出力與總有功負荷(包括電網(wǎng)的所有損耗)相等時，才能保持不變；而當(dāng)總有功出力與總負荷發(fā)生不平衡時，各發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速及相應(yīng)的頻率就要發(fā)生變化。電力系統(tǒng)的負荷是時刻變換的，任何一處負荷的變化，都要引起全系統(tǒng)功率的不平衡，導(dǎo)致頻率的變化。
[0006]關(guān)于電力系統(tǒng)頻率偏差的范圍，根據(jù)電力系統(tǒng)頻率偏差的國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T15945-2008)，實際中電網(wǎng)工作頻率是在國家標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍內(nèi)發(fā)生偏差:電力系統(tǒng)正常頻率偏差允許值為±0.2Hz ;當(dāng)系統(tǒng)容量較小時，偏差值可以放寬到±0.5Hz。
[0007]傳統(tǒng)的重復(fù)控制器只針對標(biāo)稱頻率的倍數(shù)次諧波進行跟蹤控制，而對于電網(wǎng)工作頻率偏差工況諧波跟蹤控制的研宄和應(yīng)用較少。此研宄和應(yīng)用現(xiàn)狀導(dǎo)致在電網(wǎng)頻率偏差工況，現(xiàn)有重復(fù)控制器的諧波跟蹤控制性能明顯下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對在電網(wǎng)頻率偏差時，重復(fù)控制器跟蹤控制諧波性能下降的問題，本發(fā)明提出一種改進型重復(fù)控制器，將電網(wǎng)頻率的偏差情況納入控制器設(shè)計的考慮中。以標(biāo)稱頻率的偏差頻率為跟蹤控制對象，在傳統(tǒng)重復(fù)控制器的通路上添加并聯(lián)的重復(fù)控制通路并設(shè)計相應(yīng)的頻率偏差調(diào)節(jié)系數(shù)，提高重復(fù)控制器在電網(wǎng)頻率偏差工況對諧波的跟蹤控制性能。
[0009]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
[0010]一種考慮電網(wǎng)頻率偏差的多模重復(fù)控制器，其特征在于，包括:
[0011]一個比例控制通路:取諧波指令e作為輸入量；
[0012]多個相并聯(lián)的重復(fù)控制通路:取諧波指令e作為輸入量，該重復(fù)控制通路輸出量同時接第二加法器，累加后的輸出量接第一加法器與比例控制通路的輸出量累加，得到多模重復(fù)控制器的綜合輸出量；
[0013]其中，所述多個相并聯(lián)的重復(fù)控制通路由多個結(jié)構(gòu)相同的控制通路構(gòu)成，所述每個控制通路均包括系數(shù)為Ksl的重復(fù)控制增益模塊、系數(shù)為Kdl的頻率偏差調(diào)節(jié)模塊、第三加法器、系數(shù)為Kfl的反饋衰減模塊、兩個延時環(huán)節(jié)；并聯(lián)方式為每個重復(fù)控制通路的輸入側(cè)均取諧波指令e作為參考信號，依次串接重復(fù)控制增益模塊、頻率偏差調(diào)節(jié)模塊，頻率偏差調(diào)節(jié)模塊的輸出端與反饋衰減模塊的輸出端連接第三加法器的輸入端，第三加法器的輸出端接第一延時環(huán)節(jié)和第二延時環(huán)節(jié)的輸入端，然后第一延時環(huán)節(jié)的輸出端接反饋衰減模塊的輸入端，第二延時環(huán)節(jié)的輸出端接第二加法器的輸入端。
[0014]在上述的一種考慮電網(wǎng)頻率偏差的多模重復(fù)控制器，重復(fù)控制通路延時環(huán)節(jié)的延時時間長度為偏差頻率范圍內(nèi)均勻分布的頻率值的倒數(shù)，其中作用于標(biāo)稱頻率工況的主導(dǎo)重復(fù)控制通路的延時時間長度為標(biāo)稱頻率的倒數(shù)，其他輔助重復(fù)控制通路的延時時間長度為標(biāo)稱頻率附近偏差頻率的倒數(shù)。
[0015]在上述的一種考慮電網(wǎng)頻率偏差的多模重復(fù)控制器，所述重復(fù)控制通路延為三組，分別是第一重復(fù)控制通路、第二重復(fù)控制通路、以及第三重復(fù)控制通路；所述第一重復(fù)控制通路包括第一延時環(huán)節(jié)、第二延時環(huán)節(jié)以及重復(fù)控制增益系數(shù)Ksl、頻率偏差調(diào)節(jié)系數(shù)Kdl，反饋衰減系數(shù)Kfl;第二重復(fù)控制通路包括第三延時環(huán)節(jié)、第四延時環(huán)節(jié)以及重復(fù)控制增益系數(shù)Ks2，頻率偏差調(diào)節(jié)系數(shù)Kd2，反饋衰減系數(shù)Kf2;第三重復(fù)控制通路包括第五延時環(huán)節(jié)、第六延時環(huán)節(jié)以及重復(fù)控制增益系數(shù)Ks3，頻率偏差調(diào)節(jié)系數(shù)Kd3，反饋衰減系數(shù)Kf3
[0016]其中，第一延時環(huán)節(jié)、第二延時環(huán)節(jié)的延時時間長度為標(biāo)稱頻率fN= 50Hz的倒數(shù)，第三延時環(huán)節(jié)、第四延時環(huán)節(jié)為正偏差頻率f+= 50.2Hz的倒數(shù)，第五延時環(huán)節(jié)、第六延時環(huán)節(jié)的延時時間長度為負偏差頻率f-= 49.8Hz的倒數(shù)。
[0017]重復(fù)控制增益系數(shù)Ksl= 1.5，頻率偏差調(diào)節(jié)系數(shù)Kdl= 1，反饋衰減系數(shù)Kfl= 0.9 ；
[0018]重復(fù)控制增益系數(shù)Ks2= 1.5，頻率偏差調(diào)節(jié)系數(shù)Kd2= 0.3，反饋衰減系數(shù)Kf2 =0.9 ；
[0019]重復(fù)控制增益系數(shù)Ks3= 1.5，頻率偏差調(diào)節(jié)系數(shù)Kd3= 0.3，反饋衰減系數(shù)Kf3 =
0.9 ο
[0020]本發(fā)明具有以下優(yōu)點及有益效果:1、本發(fā)明所提出的考慮電網(wǎng)頻率偏差的多模重復(fù)控制器的設(shè)計方法，可根據(jù)電網(wǎng)頻率的偏差工況，靈活添加適用于偏差頻率工況的重復(fù)控制通路，從而在頻率偏差工況無靜差跟蹤諧波指令，提高對諧波的跟蹤控制及補償效果；2、本發(fā)明所提出的考慮電網(wǎng)頻率偏差的多模重復(fù)控制器，擴大控制器在標(biāo)稱頻率點附近的頻帶寬度，提高品質(zhì)因數(shù)，能夠保證額定工況的穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)精度，主要在頻率偏差工況改善諧波的跟蹤控制及補償效果；3、本發(fā)明所提出的考慮電網(wǎng)頻率偏差的多模重復(fù)控制器，通過在適用于頻率偏差工況的重復(fù)控制通路中添加頻率偏差調(diào)節(jié)系數(shù)，能夠改善多模重復(fù)控制器在頻率偏差工況的穩(wěn)定性，提高多模重復(fù)控制器在頻率偏差工況的穩(wěn)態(tài)精度。
【附圖說明】
[0021]圖1是考慮電網(wǎng)頻率偏差的多模重復(fù)控制器的結(jié)構(gòu)圖。
[0022]圖2是考慮電網(wǎng)頻率偏差的多模重復(fù)控制器的幅頻特性圖。
[0023]圖3是在標(biāo)稱頻率工況下，基于僅含適用于標(biāo)稱頻率重復(fù)控制通路的重復(fù)控制器的有源電力濾波器補償后，電網(wǎng)側(cè)電流的波形圖及其頻譜分析圖。
[0024]圖4是在標(biāo)稱頻率工況下，基于所提出的考慮電網(wǎng)頻率偏差的多模重復(fù)控制器的有源電力濾波器補償后，電網(wǎng)側(cè)電流的波形圖及其頻譜分析圖。
[0025]圖5是在頻率偏高工況下，基于僅含適用于標(biāo)稱頻率重復(fù)控制通路的重復(fù)控制器的有源電力濾波器補償后，電網(wǎng)側(cè)電流的波形圖及其頻譜分析圖。
[0026]圖6是在頻率偏高工況下，基于所提出的考慮電網(wǎng)頻率偏差的多模重復(fù)控制器的有源電力濾波器補償后，電網(wǎng)側(cè)電流的波形圖及其頻譜分析圖。
[0027]圖7是在頻率負偏差工況下，基于僅含適用于標(biāo)稱頻率重復(fù)控制通路的重復(fù)控制器的有源電力濾波器補償后，電網(wǎng)側(cè)電流的波形圖及其頻譜分析圖。
[0028]圖8是在頻率負偏差工況下，基于所提出的考慮電網(wǎng)頻率偏差的多模重復(fù)控制器的有源電力濾波器補償后，電網(wǎng)側(cè)的電流波形圖及其頻譜分析圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖對發(fā)明的技術(shù)方案作詳細說明。
[0030]圖1所示為本發(fā)明所提出的考慮電網(wǎng)頻率偏差的多模重復(fù)控制器的結(jié)構(gòu)圖，包括:
[0031]一個比例控制通路:取諧波指令e作為輸入量；
[0032]多個相并聯(lián)的重復(fù)控制通路:取諧波指令e作為輸入量，該重復(fù)控制通路輸出量同時接第二加法器，累加后的輸出量接第一加法器與比例控制通路的輸出量累加，得到多模重復(fù)控制器的綜合輸出量；
[0033]其中，多個相并聯(lián)的重復(fù)控制通路由多個結(jié)構(gòu)相同的控制通路構(gòu)成，所述每個控制通路均包括系數(shù)為Ksl的重復(fù)控制增益模塊、系數(shù)為K dl的頻率偏差調(diào)節(jié)模塊、第三加法器、系數(shù)為Kfl的反饋衰減模塊、兩個延時環(huán)節(jié)；并聯(lián)方式為每個重復(fù)控制通路的輸入側(cè)均取諧波指令e作為參考信號，依次串接重復(fù)控制增益模塊、頻率偏差調(diào)節(jié)模塊，頻率偏差調(diào)節(jié)模塊的輸出端與反饋衰減模塊的輸出端連接第三加法器的輸入端，第三加法器的輸出端接第一延時環(huán)節(jié)和第二延時環(huán)節(jié)的輸入端，然后第一延時環(huán)節(jié)的輸出端接反饋衰減模塊的輸入端，第二延時環(huán)節(jié)的輸出端接第二加法器的輸入端。
[0034]圖中，e為重復(fù)控制器的輸入量，u為多模重復(fù)控制器的輸出量。正