[发明专利]一种频率自适应FIR重复预测控制方法

说明书

本发明公开了一种频率自适应FIR重复预测控制方法该方法应用于控制船舶轴带发电机发生频率波动时的MMC整流器，包括：在一个采样周期内，将给定电压与实际直流侧电压进行比较、将比较后的差值输入到电环外环PI调节器进行计算得到电机在d‑q坐标系下的电流值，通过Clark变换得到电流内环的参考值，将实时采样的交流侧电流值与电流内环参考值作差，经过电流内环计算后得到的控制信号作为PWM调制信号进行PWM开关控制；对于电流内环，将电压外环的输出信号作为电流内环的参考信号，在无差拍电流内环中加入重复控制构成重复预测控制策略；在重复预测控制中加入频率自适应FIR低通滤波环节、对船舶轴带发电系统出现的频率波动现象进行控制。

技术领域

本发明涉及MMC的电力电子变换器控制领域，尤其涉及一种频率自适应FIR 重复预测控制方法。

背景技术

近年来，随着IGBT等电力电子器件的更新换代，诸多学者投身于船舶轴带发电机恒频稳压的研究，取得了较为显著的成果。例如在船舶轴带发电系统的电力电子变换器方面，实现了有功功率与无功功率的解耦控制，谐波畸变率低。文献[1]将PWM整流器应用在基于LCL滤波器的船舶永磁同步轴带发电机(Marine Permanent Magnet Synchronous ShaftGenerator,MPMSSG)，提出以改进电流内环为基础的双闭环控制策略，能使得在不额外增加传感器的情况下，自主设计Luenberger观测器来预测电容电流，然后通过虚拟电阻反馈此电流引入有源阻尼，进而抑制LCL滤波器谐振峰值，增强滤波效果，同时相比传统电压电流双闭环PI方法提高了直流电压和交流电流的动静态特性，但是并没有考虑电流环解耦问题。文献[2]将与两电平换流器应用在一种新型宽频无刷励磁同步发电机，提出一种基于PWM的外环PI-内环复矢量PI的瞬时功率平衡策略，该方法无需电感解耦环节，提高了系统抗干扰性，获得了良好的动静态特性，同时消除了船舶轴带发电机的机端5次、7次谐波，但是IGBT开关频率达到较高的5kHz，开关损耗较大，且主要应用于中小型船舶运输的低压领域。

以上涉及到的电压型变流器的拓扑结构只是等效开关频率较低、谐波性较差的两电平，但是随着船舶用电设备的增加和功率电子变换器件技术的提升，中压领域的船舶电力系统开始成为主流，此时电压型变流器拓扑结构应该采取等效开关频率更高、电压等级扩展性更强、谐波性更好的能满足中压大功率领域的模块化多电平拓扑结构(MMC)。而应用于MMC的控制策略中，无差拍对于周期性信号，能使反馈信号在一个控制周期结束时候跟踪上参考信号，相对于其它控制策略，它动态响应快、算法简单。文献[3]提出一种中压直流配电网MMC 无差拍电流控制策略，该策略在每个控制周期内根据交流侧实际电流和参考电流的差值计算通断子模块数量，使MMC系统能够在子模块开关次数较低的情况下增加电平切换频率，最终改善输出电能质量。文献[4]基于park变换的dq两相坐标系下进行建模分析，采用PI电压外环-无差拍电流内环，改善了电流环稳定性，提高了系统快速性。

因此现有技术中具有的缺陷是对于周期性信号，开关频率越低，无差拍预测误差越大，如果能提高预测精度，缩小预测误差，将会最大化发挥无差拍控制的优势。

发明内容

根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种频率自适应FIR重复预测控制方法，该方法应用于控制船舶轴带发电机发生频率波动时的MMC整流器，包括：

在一个采样周期内，将给定电压与实际直流侧电压进行比较、将比较后的差值输入到电环外环PI调节器进行计算得到电机在d-q坐标系下的电流值，通过Clark变换得到电流内环的参考值，将实时采样的交流侧电流值与电流内环参考值作差，经过电流内环计算后得到的控制信号作为PWM调制信号进行PWM 开关控制；

对于电流内环，将电压外环的输出信号作为电流内环的参考信号，在无差拍电流内环中加入重复控制构成重复预测控制策略；

在重复预测控制中加入频率自适应FIR低通滤波环节、对船舶轴带发电系统出现的频率波动现象进行控制。

进一步的，无差拍电流内环中电压预测量采用线性插值法获取：