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专利号: 2020101481381
申请人: 中国地质大学(武汉)
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种电容电流FOPI正反馈有源阻尼策略的FOPI参数设计方法,其特征在于,包含如下步骤:S10、建立基于CCFPIFS有源阻尼控制方法的单相LCL型并网逆变器系统的数学模型;

S20、计算基于CCFPIFS有源阻尼控制方法的系统等效虚拟电阻,然后基于等效虚拟电阻的频率特性曲线判断稳定约束条件;

S30、对系统数学模型进行分析变换,设计一种FOPI控制器的参数确定方法。

2.根据权利要求1所述的电容电流FOPI正反馈有源阻尼策略的FOPI参数设计方法,其特征在于,步骤S10具体通过下述方法实现:建立基于CCFPIFS有源阻尼控制方法的LCL型并网逆变器系统的开环传递函数s域表达形式,具体如下式所示:式中,L1表示逆变器侧滤波电感,C表示LCL滤波器中的滤波电容,L2表示电网侧滤波电感,Lg表示在公共耦合点处的电网阻抗为纯电感,Gi(s)表示电流调节器,Gd(s)代表数字延迟环节,KPWM则代表逆变器电压放大倍数,Hi2是并网电流i2的采样系数,Hi1、K、λ分别为FOPI控制器的比例增益、积分增益以及积分项的分数阶次,ωr为系统谐振角频率;

电流调节器与数字延迟环节的传递函数具体如下式所示:

其中,Kp为比例系数,Kr为谐振增益,ωo为基波角频率,ωi为谐振部分的带宽,Ts为逆变器系统中零阶保持器的采样周期;

LCL滤波器的谐振角频率ωr与谐振频率fr具体如下式所示:

3.根据权利要求2所述的电容电流FOPI正反馈有源阻尼策略的FOPI参数设计方法,其特征在于,步骤S20具体通过下述方法实现:建立CCFPIFS中比例反馈环节的等效虚拟阻抗Req,分别如下公式所示:建立CCFPIFS中分数阶积分反馈环节的等效虚拟电阻Rfop为:将CCFPIFS中比例反馈环节与分数阶积分反馈环节的等效虚拟阻抗并联,得到CCFPIFS中的总附加虚拟电阻Rfopi(s),具体如下公式所示:为了保证系统稳定,需要保证Rfopi>0,但当λ大于 所对应的约束条件时,Rfopi的低频段存在一段幅值相反的区间,不满足稳定条件,因此这段区间的存在会导致系统不稳定;由于FOPI控制器系数相反时,会引入右半平面零点,所以仅考虑 条件,又因为当K>0且Hi1>0时,系统在域 内存在等效阻抗为负的区间,系统不稳定,其中所以仅考虑K<0且Hi1<0条件。

4.根据权利要求2所述的电容电流FOPI正反馈有源阻尼策略的FOPI参数设计方法,其特征在于,步骤S30具体包括:基于开环传递函数s域表达形式,得到系统的开环传递函数如下:其中:

电流控制器Gi(s)为PR控制器,不包含s域右侧极点,右侧极点的数量由公式(8)决定:φic(s)代表了一个闭环系统,其中Gic(s)和Hi1(s)分别为内环前向通路与负反馈的传递函数;根据φic(s)的公式,通过对内环的设计使得系统不存在s域的右半平面极点;

建立系统内环的开环传递函数,具体如下所示:

将s=jω与 代入上式(9),系统内环传递函数在频域的数学模型为:系统剪切频率ωc与穿越频率ωj带入系统内环传递函数在频域的数学模型中可得|Ginner(jωc)|=1、∠Ginner(jωj)=-180°,从而系统幅值裕度与相角裕度可分别表示为:GM=-20lg|Ginner(jωj)|    (11)PM=180°+∠Ginner(jωc)    (12)为扩大系统阻尼域范围,FOPI控制器参数的确定方法为:

A、利用Matlab中的mupad工具箱画出公式(5)所示的三维特性曲线,确定系统稳定所对应控制器三个参数Hi1、K以及λ的选择范围以及所对应的阻尼域上下限;

B、将系统参数带入公式(10),计算得到GM与PM并选择合适值,考虑到系统鲁棒性能公式,即保持 结合公式(10-12)可以得到FOPI控制器三个参数的确定值;

C、根据公式(9)搭建系统内环的simulink仿真模型,其中分数阶控制器采用FOTF工具箱中的离散模块实现;

D、考虑到系统离散化的算法精度与仿真步长问题在分数阶系统中的影响,将确定的控制器参数带入simulink仿真模型并根据步骤A计算的参数选择范围进行调整,通过linear analysis进行系统的Bode图分析,得到合适的相角裕度与幅值裕度从而最终确定控制器参数。