[发明专利]一种单相脉冲整流器电流内环控制器的优化方法

说明书

本发明公开了一种单相脉冲整流器电流内环控制器的优化方法，包括构建有功电流和无功电流的目标函数，根据输入电压的端点轨迹，构建输入电压在旋转坐标系下的椭圆轨迹函数，根据有功电流和无功电流的目标函数以及输入电压的椭圆轨迹函数，推导输入电压的表达函数；构建评价函数J(k)，并通过评价函数J(k)对输入电压椭圆轨迹半径进行求导处理；根据输入电压的表达式和评价函数J(k)对输入电压椭圆轨迹半径求导，推导最优控制量u_abd(k)和u_abq(k)，对最优控制量进行坐标变换，转换为静止坐标系下的轴分量。

技术领域

本发明属于电力电子的技术领域，具体涉及一种单相脉冲整流器电流内环控制器的优化方法。

背景技术

单相脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)整流器具有能量可双向流动、高功率因数、电流谐波小、直流侧电压可调等优点，已广泛应用铁路机车牵引、新能源发电及不间断电源等领域。近几十年来，单相PWM整流器控制方法日新月异，国内外相继提出了许多控制方法，对于这些控制方法大致可以分为电流控制和功率控制。

目前，电流控制已在单相PWM整流器系统中得到广泛的应用，其主要包括滞环电流控制、瞬态电流控制、dq轴电流解耦控制和模型预测电流控制等。其中，由于dq轴电流解耦控制内环采用PI控制器直接控制有功和无功电流，因此dq轴电流解耦控制又叫基于PI控制器(PI-based)的直接电流控制(direct current control,DCC)。PI-based DCC以其良好稳态性能同时固定了开关频率，在我国电力机车和高速动车组中得到了广泛的应用。

在PI-based DCC系统中，调制电压矢量由稳态量和动态量两部分组成，其中动态量为内环电流PI控制器的输出。由于不同的内环有功、无功电流与各自的给定值误差，即PI控制器的输入，与PI控制器参数，都会导致不同的PI控制器的输出。因此在dq坐标系下，调制电压矢量端点的轨迹为一椭圆形区域，其中椭圆圆心由调制电压中的稳态量决定，半径为内环PI控制器的输出。因此PI-based DCC算法性能主要取决与系统PI控制器参数的调节与整定。而当系统运行条件及环境(如功率等级、电路参数及输入电压等)发生变化时，为了实现良好的控制效果，PI控制器的参数需要重新调节与优化，所以一组固定的PI参数是不满足实际应用的，而且PI参数的设计与整定很是复杂且其动态响应慢。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种单相脉冲整流器电流内环控制器的优化方法，以解决现有电流直接控制内环控制器动态响应慢和控制参数设计复杂的问题。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

提供一种单相脉冲整流器电流内环控制器的优化方法，其包括：

S1、构建单相脉冲整流器的有功电流和无功电流的目标函数：

其中，Δ_P和Δ_Q分别为有功电流和无功电流的误差标幺值，i_d和i_q为网侧电流在旋转坐标系下d、q轴分量；

S2、根据输入电压的端点轨迹，构建输入电压在旋转坐标系下的椭圆轨迹函数：

其中，和U_z分别为椭圆的长、短半径，且系数k>0，U_z≥0，u_abd和u_abq分别表示整流器输入电压在旋转坐标系下的d轴分量和q轴分量，u_{d_S}、u_{q_S}分别u_abd、u_abq的稳态分量；

S3、根据有功电流和无功电流的目标函数以及输入电压的椭圆轨迹函数，计算输入电压；