[发明专利]一种采用内嵌式解耦同步参考坐标变换的d-q解耦控制器设计方法

说明书

本发明涉及一种采用内嵌式解耦同步参考坐标变换的d‑q解耦控制器设计方法，包括以下步骤：步骤S1：提取三相静止坐标系下的交流量；步骤S2：进行外层同步参考坐标系变换；步骤S3：将d‑q参考坐标系下直流目标量和谐波干扰量进行相位移动至三相量；步骤S4：进行内嵌同步参考坐标系变换；步骤S5：对直流目标量和谐波干扰量进行解耦，得到直流目标量；步骤S6：判断纹波含量是否满足精度要求，若是，则进入步骤S7，否则返回步骤S3；步骤S7：将直流目标量输入值d‑q解耦控制器中。本发明可以在有背景谐波的情况下，准确简便的实现同步参考坐标系变换。

技术领域

本发明涉及电力系统领域，特别适用于需要使用坐标变换的控制器设计领域，提出了一种采用内嵌式解耦同步参考坐标变换的d-q解耦控制器设计方法。

背景技术

基于同步参考坐标系变换的d-q解耦控制器在电力系统中的应用非常广泛，例如锁相环(Phase-Locked Loop,PLL)。由于背景谐波的存在，会使同步参考坐标系变换的结果夹杂纹波分量，这对后续的d-q解耦控制器造成很大的影响。准确实现同步参考坐标系变换，使解耦后的d-轴、q-轴分量唯一对应正序基波分量，这是d-q解耦控制器设计、运行的重要依据。

传统的d-q解耦控制器采用的同步参考坐标变换方法主要有单同步参考坐标系法(Single Synchronous Reference Frame,SSRF)与解耦双同步旋转坐标系法(DecoupledDouble Synchronous Reference Frame,DDSRF)。这两种方法都无法完全摆脱背景谐波对坐标变换带来的不良影响。SSRF会使背景谐波按照派克变换的传变规律向d-轴和q-轴分量传递。DDSRF使用低通滤波器(Low Pass Filter,LPF)对背景谐波进行了简单的处理，但是还是没有避免背景谐波由三相静止坐标系向变换后的同步参考坐标系进行传递。

SSRF是利用派克变换(abc-to-dq0)将电信号从静止的三相坐标系变换到旋转的同步坐标系当中，其原理表达式如下所示：

u_dq＝T_3s-dq(θ)u_abc

其中，

从表达式分析可得：背景谐波能通过派克变换的谐波传变规律馈入坐标变换后的d-轴和q-轴。SSRF无法对背景谐波进行处理，故基于SSRF的d-q解耦控制器存在严重不足。

DDSRF技术的基本原理是用双同步旋转坐标变换消去负序基波分量，用低通滤波器的方法去除谐波分量，从而达到输出信号完全不包括负序基波分量的目的。

为抵消负序基波分量，该方法对u_sabc通过正向和反向同步旋转坐标变换得到dq坐标系和d^-1q^-1坐标系中的分量和将这两个分量可分别记作为正序基波分量、负序基波分量和谐波分量的叠加，表示为和其中对应正序基波分量，对应负序基波分量，对应谐波分量。

其中，和存在一定关系：

根据以上关系可设计出能够抵消负序基波分量的同步参考坐标变换方法DDSRF。其原理框图如图1所示。

通过以上分析可知：DDSRF技术相较于SRF具有很强优越性，可以完全抵消负序基波分量。适用于电网存在负序基波分量和极其少量谐波分量的不平衡状态。然而DDSRF没有解决谐波的问题，只是通过LPF来进行滤波。

综上，基于DDSRF技术的d-q解耦控制器存在以下不足之处：针对不同的背景谐波情况需要不断进行参数调整；经过LPF与后续控制器相结合可能会造成零极点分布的改变，进而造成控制器稳定性出现问题；背景谐波污染情况复杂的时候无法实现完全滤除。

发明内容