[发明专利]一种考虑频率动态特性的PR控制与PI控制等效方法

说明书

本发明公开了一种考虑频率动态特性的PR控制与PI控制等效方法，具体为：建立PR控制器以及PI控制器模型，分别以这两种控制器为基准，在不考虑频率动态特性的情况下推导对应的等效模型；计及频率的动态特性，对等效模型中的参考电流、反馈电流、调制信号以及锁相环进行修正，使等效后的控制器的动态性能与原始控制器完全一致。本发明在系统遭受扰动导致参考频率与实际频率不一致的情况下，通过对等效模型中的信号进行修正从而实现了PR控制器与PI控制器的精确化等效。

技术领域

本发明属于逆变器控制领域，具体涉及一种考虑频率动态特性的PR控制与PI控制等效方法。

背景技术

PI控制器在直流分量处能够保持无穷大增益，因此PI控制器广泛用于无稳态误差地跟踪直流参考信号。然而，对于静止坐标系下的电流控制而言，由于PI控制器在对应频率处增益有限导致无法实现对电流参考信号无稳态误差地跟踪。不同于PI控制器，PR控制器能够在对应频率处实现无穷大增益，因此可以无稳态误差地跟踪交流信号。基于PI控制器的特点，可以将αβ静止坐标系下的交流信号经过坐标变换转换为dq旋转坐标系下的直流信号，从而实现零稳态误差控制。

由于PR控制器的基本原理是在选定的谐振频率处实现无穷大增益，其原理与PI控制器中的积分器类似，因此PR控制器的谐振部分可以被视为广义积分器。目前，很多学者对αβ静止坐标系下的PR控制器以及dq旋转坐标系下的PI控制器的等效性进行了推导，当参考频率与锁相环PLL输出的频率一致时，即忽略频率动态特性时，αβ静止坐标系下的PR控制器以及dq旋转坐标系下的PI控制器是完全等效的，在这两种控制方式下系统的动态性能基本一致。

然而，电网频率并不能一直保持为恒定值，当系统遭受扰动时频率会在一定范围内波动，参考频率与实际频率不一致，导致PR控制器和等效的PI控制器性能差异很大，即等效的PI 控制器不能完全反应αβ静止坐标系下的PR控制器的动态性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种考虑频率动态特性的PR控制与PI控制等效方法，在电网遭受扰动导致参考频率与实际频率不一致的情况下，通过对等效控制器中的信号进行修正使两种控制器的动态性能基本一致。

本发明的一种考虑频率动态特性的PR控制与PI控制等效方法，包括以下步骤：

步骤1：建立PR控制器模型，以静止坐标系下的PR控制器为基准，在不考虑频率动态特性的情况下推导其对应于同步旋转坐标系下的PI控制器模型。

步骤2：考虑频率的动态特性，对同步旋转坐标系下的PI控制器的参考电流、反馈电流、调制信号以及锁相环进行修正。

步骤3：以旋转坐标系下的PI控制器为基准，在不考虑频率动态特性的情况下推导其对应于静止坐标系下的PR控制器。

步骤4：考虑频率动态特性，对静止坐标下的PR控制器的参考电流、反馈电流以及调制信号进行修正。

进一步的，步骤1具体为：

静止坐标系下PR控制器的传递函数为：

其中，ω₀为额定角频率，k_p为PR控制器比例增益，k_r为PR控制器谐振增益，s为Laplace 算子，j表示复数。

在不考虑频率动态特性时，等效旋转坐标系下的PI控制器的传递函数表示为：

根据公式(2)得到经过PI控制器后的输出电压表达式为：

其中，u_d和u_q分别表示PI控制器输出的d轴和q轴电压，Δi_d和Δi_q分别表示d轴和q轴电流误差。