[发明专利]基于观测器的单相PWM整流器控制方法

说明书

本发明公开了一种基于观测器的单相PWM整流器控制方法，包括：获取单相PWM整流器系统的网侧电压和网侧电流，或者获取单相PWM整流器系统的网侧电压和直流输出电压；根据网侧电压和网侧电流，通过自适应状态观测器得到估计的直流输出电压，或者根据网侧电压和直流输出电压，通过自适应状态观测器得到估计的网侧电流；将获取的信号和通过自适应状态观测器估计的信号送入控制系统，完成单相PWM整流器的控制。本发明不需要改变控制算法，仅使用网侧电压和网侧电流或者网侧电压和直流输出电压两个传感器便能达到三个传感器同样的控制效果，在减小系统硬件成本的基础上，仍然能够获得良好的运行结果。

技术领域

本发明属于变流器控制领域，特别是一种基于观测器的单相PWM整流器控制方法。

背景技术

相比于传统的变流装置，PWM整流器因具有网侧电流正弦化、动态响应速度快、能量可双向流动、网侧单位功率因素、中间直流侧电压可调节等优点，使其在众多领域得到广泛应用并取得了良好的效果。因此，PWM整流器由于可实现真正的“绿色电能变换”，其控制技术也得到了更大的延伸与拓展。不仅应用于静止无功补偿、不间断电源、有源电力滤波、统一潮流控制以及太阳能、风能等可再生能源的并网发电等，同时在铁路机车牵引领域也取得了较好的应用效果。

目前，我国铁路机车牵引领域中的牵引变流器均采用单相PWM整流器，在列车牵引工况下，单相PWM整流器起整流作用，将从牵引供电网吸收的单相交流电转换为直流电；在列车制动工况下，单相PWM整流器起逆变作用，将直流电转换为交流电反馈回牵引供电网。因此，作为交流传动系统的一个重要组成部分，单相PWM整流器一直是研究的重点内容。

单相PWM整流器的控制策略与其性能表现的优劣息息相关。不同的控制策略会突显整流器不同的性能特点。现阶段的控制策略可大体上分为两类：电流控制策略和功率控制策略。无论采用何种控制策略，都需要对网侧电压、网侧电流、直流输出电压进行采样计算，有时为了更快的响应速度，甚至加入了负载电流传感器。过多的传感器固然能提高系统的控制性能，但同样会增加硬件成本并降低系统的可靠性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于观测器的单相PWM整流器控制方法，减少系统传感器的使用，通过观测器理论，将未测量信号进行状态估计，不改变原有的控制方法，实现单相PWM整流器的正常运行。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种基于观测器的单相PWM整流器控制方法，包括以下步骤：

步骤1：获取单相PWM整流器的网侧电压和网侧电流，或者获取单相PWM整流器的网侧电压和直流输出电压；

步骤2：根据网侧电压和网侧电流，通过自适应状态观测器得到估计的直流输出电压，或者根据网侧电压和直流输出电压，通过自适应状态观测器得到估计的网侧电流；所述自适应状态观测器的状态方程为：

其中A(t)、B(t)、C(t)、D(t)为单相PWM整流器的系统矩阵，X(t)为系统状态变量，Y(t)为系统输出，是系统状态变量的估计值，u(t)为输入变量,θ(t)为扰动变量，γ(t)、Г、Σ、K(t)是符合矩阵计算法则大小的矩阵，γ(t)是由常微分方程产生的信号矩阵，K(t)为误差反馈矩阵，Г是用来平衡状态和扰动参数的收敛速度的正对角矩阵，Σ是用来加权不同的输出分量矩阵，Г和Σ为常数矩阵，故未加“(t)”后缀；

步骤3：将获取的信号和通过自适应状态观测器估计的信号送入控制系统，完成单相PWM整流器的控制。

进一步的，设置自适应状态观测器A(t)-K(t)C(t)的特征值为单相PWM整流器A(t)极点的5～10倍。