一种在线调整并网逆变器电流控制器参数的方法与流程

本发明涉及一种在线调整并网逆变器电流控制器参数的方法，属于并网逆变器控制技术领域。

背景技术：

专利《一种适用于并网逆变器的无电流传感器型进网电流控制方法》(201810268747.3)介绍了一种比例-比例-延迟控制器(Proportion-Proportion-Delay，PPD)。相比于传统的PI控制和PR控制，PPD控制具有更高的带宽，因此具有更快的动态响应速度；其次，PPD控制能够在自然坐标系下实现快速跟踪控制，避免了复杂的坐标变换，且PPD控制结构较为简单；在电网故障期间，采用PPD控制时，响应电流依然能够稳定地跟踪给定电流，确保半导体器件安全工作，具有较强的故障穿越能力。

考虑到PPD控制本质上是一种模型预测无差拍控制方法，容易受到元器件参数变化的影响，如电力电子开关管的管压降、导通内阻以及滤波电感等。在实际情况中，现有技术水平无法做到同一型号管子的管压降、导通内阻完全一致，也无法做到滤波电感的实际值与标称值完全一致，而且随着时间、温度的变化，器件的参数也会发生改变。当实际器件的参数与理论计算参数不一致时，会降低PPD控制的精确性，造成实际电流与参考电流存在稳态误差。

因此，解决器件实际参数与理论参数不一致影响PPD控制效果的问题，具有重要的实际意义。

技术实现要素：

鉴于器件实际参数与理论参数不一致时会影响PPD控制效果，本发明提供一种在线调整并网逆变器电流控制器参数的方法，能够根据电流误差进行一次、二次调整，在线修正PPD控制环路参数K1、K2，消除电流稳态误差，提高PPD控制的稳态跟踪性能。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明提供一种在线调整并网逆变器电流控制器参数的方法，该方法通过参数在线调整电路实现比例-比例-延迟控制器PPD控制环路中第一比例调节器的比例调节系数K1和第二比例调节器的比例调节系数K2的在线调整；

所述参数在线调整电路包括减法器、绝对量变相对量模块、消抖模块、一次调整模块、二次调整模块、第一加法器、K1相对量变绝对量模块、第二加法器、K1现值模块、K2相对量变绝对量模块、第三加法器、K2现值模块，所述一次调整模块包括下垂系数模块、下垂常数模块和第四加法器，所述二次调整模块包括二次调整系数模块、积分模块；

给定电流有效值与实际电流有效值通过减法器做差得到电流偏差，电流偏差通过绝对量变相对量模块变为电流偏差相对量；电流偏差相对量通过消抖模块进行消抖后，分别进入下垂系数模块与二次调整模块；在一次调整模块中，下垂系数模块的输入端连接消抖模块的输出，下垂系数模块的输出与下垂常数模块输出的下垂常数通过第三加法器进行叠加，第三加法器的输出作为一次调整模块的输出；在二次调整模块中，二次调整系数模块的输入端连接消抖模块的输出，二次调整系数模块的输出经过积分模块进行积分，积分模块的输出作为二次调整模块的输出；一次调整模块的输出与二次调整模块的输出通过第一加法器进行叠加，得到参数调整输出量；参数调整输出量分别经过K1相对量变绝对量模块、K2相对量变绝对量模块，得到K1绝对变化量ΔK1、K2绝对变化量ΔK2；ΔK1与K1现值模块中的K1现值叠加，ΔK2与K2现值模块中的K2现值叠加，得到K1、K2的新值；通过K1、K2的新值，修改比例-比例-延迟控制器PPD控制环路中的控制参数。

作为本发明的进一步技术方案，K1现值模块中包含的常数、K2现值模块中包含的常数，分别为上一次在线调整后的K1、K2值。

作为本发明的进一步技术方案，消抖后的电流偏差相对量输入下垂系数模块中与下垂系数Kdroop相乘后作为下垂系数模块的输出。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明在PPD控制的基础上，本发明加入了一次调整、二次调整，能快速、有效地消除因元器件参数变化、环境变化等因素造成的电流稳态误差，在保证PPD控制优势的同时，也提高了PPD控制的稳态跟踪性能。

附图说明

图1为本发明整体系统控制框图。

其中，1-减法器，2-绝对量变相对量模块，3-消抖模块，4-下垂系数模块，5-下垂常数模块，6-加法器，7-二次调整系数模块，8-积分模块，9-加法器，10-K2相对量变绝对量模块，11-K1相对量变绝对量模块，12-K2现值模块，13-加法器，14-K1现值模块，15-加法器。

图2为K1、K2变化量与电流变化量关系理论推导曲线、实测点、拟合下垂曲线示意图。

图3为分别一次调整与二次调整均未投入、仅有一次调整、一次调整与二次调整均投入时给定电流与实际电流仿真波形。

图4为分别一次调整与二次调整均未投入、仅有一次调整、一次调整与二次调整均投入时电流误差仿真波形。

图5为实验电流波形整体结果。

图6为一次调整与二次调整均未投入时电流波形。

图7为仅有一次调整时电流波形。

图8为一次调整二次调整均投入时电流波形。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

如图1所示为本发明中的并网逆变器PPD控制器包括：第一比例调节器K1、第二比例调节器K2、延迟模块e^ΔT、减法器、PPD控制器输出限幅模块、加法器模块、SPWM模块。参数在线调整电路包括：减法器、绝对量变相对量模块、消抖模块、一次调整模块、二次调整模块、第一加法器、K1相对量变绝对量模块、第二加法器、K1现值模块、K2相对量变绝对量模块、第三加法器、K2现值模块，所述一次调整模块包括下垂系数模块、下垂常数模块和第四加法器，所述二次调整模块包括二次调整系数模块、积分模块。

如图1所示，给定电流有效值与实际电流有效值通过减法器做差，得到电流偏差，电流偏差通过绝对量变相对量模块输入端，变为电流偏差相对量。之所以将电流偏差绝对量变为相对量，是因为直接拟合K1、K2变化绝对量与电流偏差绝对量得到的下垂曲线中，不同电流工作点下垂曲线斜率不一致，采用K1、K2变化相对量与电流偏差相对量，可消除电流工作点对下垂系数影响。

电流偏差相对量连接到消抖模块，该模块用于对电流偏差相对量进行消抖。当电流偏差相对量较小时，可认为电流偏差近似为零，否则在电流偏差较小时，频繁地更改K1、K2值会影响PPD控制效果。电流偏差相对量经过消抖模块后，分别进入一次调整模块与二次调整模块。

根据PPD控制原理，可以推出K1、K2变化量与电流偏差相对量的关系，如下式所示：

其中A0为一个常数。将K1、K2变化相对量作纵坐标，电流偏差相对量作横坐标绘图，可得图2中的虚线(理论计算曲线)。从图中可以看出，K1、K2变化相对量与电流变化相对量不符合线性下垂关系，因此对K1、K2变化相对量与电流变化相对量采用最小二乘法进行线性拟合，得到二者的线性下垂曲线，关系式为：

ΔKdroop＝KdroopΔI+M0

式中，Kdroop为下垂曲线的斜率，M0为一常数。根据下垂曲线表达式，所绘图形如图2中的实线(拟合曲线)所示。

在一次调整模块中，下垂系数模块的输入端接入消抖模块的输出，下垂系数模块的输出与下垂常数通过加法器相加，加法器的输出作为一次调整模块的输出。

考虑到一次调整模块的功能是在线快速修改K1、K2来迅速地减少电流误差，对K1、K2相对变化量与电流误差相对变化量进行线性拟合，得到二者下垂曲线，利用下垂特性来实现这一功能。但由于该下垂曲线为拟合曲线，存在误差，因此需要在一次调整的基础上，加入二次调整，来消除电流稳态误差。

图1中的二次调整模块，输入为经过消抖模块消除抖动后的电流偏差相对量。消除抖动后的电流偏差相对量接入到二次调整系数模块，改变二次调整系数模块中的二次调整系数Ksecond，可调整二次调整模块消除电流稳态误差的快慢。二次调整系数模块的输出为KsecondΔI(t)，连接到积分模块的输入端，其中ΔI(t)为当前时刻的电流偏差。积分模块对二次调整系数模块输出进行积分，用于消除电流稳态误差。积分模块的输出，作为二次调整模块的输出，具体表达式为：

ΔKsecond＝∫KsecondΔI(t)dt

式中ΔKsecond为二次调整模块的输出。

一次调整模块与二次调整模块的输出，通过加法器进行叠加，得到调整输出量。调整输出量分别经过K1相对量变绝对量模块、K2相对量变绝对量模块，其中K10、K20分别为K1、K2理论初始值，K1相对量变绝对量模块输出K1绝对变化量ΔK1，K2相对量变绝对量模块输出K2绝对变化量ΔK2；ΔK1与K1现值模块中的K1现值叠加，ΔK2与K2现值模块中的K2现值叠加，得到K1、K2新值；通过K1、K2的新值，具体表达式如下：

K1＝K1_N+ΔK1

K2＝K2_N+ΔK2

式中，△K1为K1绝对变化量，△K2为K2绝对变化量，K1_N、K2_N分别为K1、K2的现值，即上一次调整后K1、K2的值。

为验证本发明所提方法的有效性，搭建仿真模型进行仿真。在仿真前5个电网周期，一次调整与二次调整均不投入；0.1s后，仅有一次调整投入；0.25s后，一次调整与二次调整均投入。

仿真结果如图3、图4所示。图3为给定参考电流与实际电流波形对比，图4为给定电流有效值减去实际电流有效值的偏差。从图3、图4中可以看出，一次调整与二次调整均未投入时，实际电流明显大于给定电流，存在较大的电流稳态误差。一次调整投入后，实际电流迅速减小，与给定电流接近，但从图4中可以看出，依然存在一定的电流稳态误差。二次调整投入后，电流稳态误差逐渐接近零。

实施例

下面给出本发明一个实际应用例子。将本发明应用于实际中采用PPD控制的逆变器。由于逆变器实时中断中时间资源较为珍贵，可将一次调整、二次调整放在非实时中断中实现，这样既可以减小实时中断的开销，又可以利用一次调整的快速性来迅速地降低稳态误差，同时二次调整也能够稳定地消除并网电流的静态误差。

为模拟实际电感参数发生变化，理论计算电感按照实际电感120％计算，将计算得到的K1、K2初始值应用于PPD控制环路中。实验中给定参考电流幅值10A，有效值7.07A。由于理论计算电感大于实际电感，实际并网电流将大于给定电流。为对比实验效果，在开始阶段，一次调整与二次调整均未投入运行；经过一段时间后，一次调整投入运行，运行10个电网周期；之后一次调整与二次调整均投入运行。

实验结果如图5、6、7、8所示，其中：图5为整体电流波形；图6为一次调整与二次调整均未加入时电流波形，电流有效值为12.5A，稳态误差为5.43A；图7为加入一次调整后的电流波形，电流迅速减小，有效值为6.06A，稳态误差为1.01A；图8为一次调整、二次调整均加入后电流波形，电流有效值为7.06A，稳态误差为0.01A。

通过实验结果可以看出本发明能够快速、有效地消除元器件参数变化造成的电流稳态误差，提高了PPD控制的稳态跟踪能力。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。