【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及upqc(unified power quality conditioner，统一电能质量调节器)控制，尤其涉及一种基于二阶三阶广义积分器的upqc锁相控制装置及控制方法。
技术介绍
1、为解决使用非线性电力电子器件带来的谐波、不平衡、频率波动等电能质量问题，当前提出了各种电能质量调节装置，如：静态无功补偿器(static var compensator,svc)、动态电压恢复器(dynamic voltage restorer,dvr)、有源电力滤波器(active powerfilter,apf)等，但是上述各调节器均只能解决单一的电能质量问题。upqc可以在apf的基础上，兼具dvr与apf的功能，可以同时补偿多种电能质量问题。
2、在新能源发电应用场景中，为了实现逆变器高效高质量并网，通常需要使用锁相环对电网基波分量的相位和频率进行锁相以实现与网侧同步。因而在upqc串并联侧对电压量、电流量进行补偿时，需要获得精准的电网侧相位信息，锁相装置能否输出准确的锁相结果会直接影响upqc的补偿效果。但是现有技术中upqc系统进行锁相控制时会存在以下问题：
3、1、存在检测延时，锁相精度不高
4、在upqc系统中，为了消除dq坐标系中交流分量的干扰，现有技术中通常是采用低通滤波器((low-pass filter,lpf)，但是在使用较低截止频率lpf时，会带来严重的检测延时问题。采用二阶广义积分器(second order generalized integrator,sogi)
5、2、存在控制误差以及噪声干扰
6、控制器会直接影响upqc系统的补偿效果。现有技术中upqc系统通常是采用比例积分微分控制(proportional integral derivative,pid)对upqc进行控制。但是pi控制器不适合用于控制交流量，其在控制过程中会产生稳态误差，且容易引入噪声量。现有技术中其他类型控制方法应用于upqc系统中时，均会存在一定的缺陷，往往难以兼顾控制复杂程度、效率、精度以及鲁棒性。
7、例如滞环控制方法，虽然其动态响应快，但是容易带来开关频率不固定的问题，且会加大滤波环节的设计难度；重复控制作为一种基于内模原理的控制方法，可以有效消除周期性扰动带来的误差，但会存在动态响应速度不够快，仅适用于对系统动态响应速度要求不高的场合等问题，并不适用于响应效率要求高的upqc系统中；模糊控制方法应用于upqc不需要精确的数学模型，且对内部造成的干扰不敏感进而鲁棒性能好，但在调节过程中会存在误差较大，不适合单独使用等问题。应用h∞控制方法控制upqc系统，虽然稳态误差小、鲁棒性能较好，但计算过程较复杂，响应速度慢；神经网络控制((neural networkcontrol,nnc)方法可以克服pi控制器容易受到外部参数变化而导致控制性能下降的缺点，具备较强的学习能力，但实现复杂程度高，且动态响应的速度较慢。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种能够兼顾控制复杂度、效率、精度以及鲁棒性的基于二阶三阶广义积分器的upqc锁相控制装置及控制方法，在电网电压畸变以及存在谐波不平衡等情况下，仍然能够进行精准锁相，确保upqc系统的补偿性能。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：
3、一种基于二阶三阶广义积分器的upqc锁相控制装置，包括：
4、clark模块，用于接入电网侧的三相电压vs，经过clark变换后得到两相电压vsα、vsβ，输出给mstogi积分器；
5、mstogi积分器，用于分别接入所述clark模块变换输出的两相电压vsα、vsβ，基于混合二阶和三阶广义积分器进行积分、滤波后，分别对应每相电压输出两个相互正交的电压输出量vm、bvm，输出给基波正序分量提取模块；
6、基波正序分量提取模块，用于分别接入当前确定出的锁相角θ+以及mstogi积分器输出的电压输出量vm、bvm，提取出基波正序分量vsq+、vsd+，将基波正序分量vsq+输出给ladrc控制模块；
7、ladrc控制模块，用于接入所述基波正序分量提取模块提取出的基波正序分量vsq+，经过ladrc控制器后得到控制量，输出给锁相角确定模块；
8、锁相角确定模块，用于根据ladrc控制模块输出的控制量确定出锁相角θ+，分别提供给基波正序分量提取模块以完成锁相控制，以及提供给用于计算并联侧apf电流补偿量的计算模块以用于对并联侧apf进行电流补偿。
9、进一步的，所述ladrc控制模块为由线性扩张状态观测器leso以及一阶线性状态误差反馈率电路lsef连接组成的一阶ladrc电路，所述线性扩张状态观测器leso用于对所输入的信号中总扰动进行估计并进行补偿，输出补偿后的信号，所述一阶线性状态误差反馈率电路lsef用于消除所输入的信号中的总扰动，反馈给所述线性扩张状态观测器leso。
10、进一步的，所述一阶线性状态误差反馈率电路lsef包括依次连接的第一加法器、第一放大器、第一乘法器以及第二放大器，所述第一加法器的输入端分别接入所述线性扩张状态观测器leso输出的信号估计值z1、基波正序分量参考量vsq+(ref)，输出端连接至所述第一放大器，所述第一放大器的放大增益为反馈增益p，所述第一乘法器的输入端分别输入所述线性扩张状态观测器leso输出的扰动估计值z2、第一放大器的输出，所述第一乘法器的输出端经所述第二放大器连接至所述线性扩张状态观测器leso的输入端，所述第二放大器的放大增益为1/b0，b0为可调增益。
11、进一步的，所述mstogi积分器包括第二加法器、第三放大器、用于产生两个相互正交的电压输出量的第一支路、第二支路以及用于消除直流分量的第三支路，所述第二加法器分别输入所述clark模块变换输出的两相电压，输出端输出输入电压与参考值之间的差值e，经所述第三放大器放大指定倍数k后分别提供给第一支路、第二支路，所述第一支路包括依次连接的第三加法器、第一滤波器以及第一积分器，所述第三加法器的输入端分别接入所述第三放大器的输出ke、第二支路中第二积分器的输出v2，所述第三加法器的输出依次经第一滤本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于二阶三阶广义积分器的UPQC锁相控制装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于二阶三阶广义积分器的UPQC锁相控制装置，其特征在于，所述LADRC控制模块为由线性扩张状态观测器LESO以及一阶线性状态误差反馈率电路LSEF连接组成的一阶LADRC电路，所述线性扩张状态观测器LESO用于对所输入的信号中总扰动进行估计并进行补偿，输出补偿后的信号，所述一阶线性状态误差反馈率电路LSEF用于消除所输入的信号中的总扰动，反馈给所述线性扩张状态观测器LESO。
3.根据权利要求2所述的基于二阶三阶广义积分器的UPQC锁相控制装置，其特征在于，所述一阶线性状态误差反馈率电路LSEF包括依次连接的第一加法器、第一放大器、第一乘法器以及第二放大器，所述第一加法器的输入端分别接入所述线性扩张状态观测器LESO输出的信号估计值z1、基波正序分量参考量vsq+(ref)，输出端连接至所述第一放大器，所述第一放大器的放大增益为反馈增益P，所述第一乘法器的输入端分别输入所述线性扩张状态观测器LESO输出的扰动估计值z2、所述第一放大器的输出，所述第一乘法器的
4.根据权利要求1或2或3所述的基于二阶三阶广义积分器的UPQC锁相控制装置，其特征在于，所述MSTOGI积分器包括第二加法器、第三放大器、用于产生两个相互正交的电压输出量的第一支路、第二支路以及用于消除直流分量的第三支路，所述第二加法器分别输入所述Clark模块变换输出的两相电压，输出端输出输入电压与参考值之间的差值e，经所述第三放大器放大指定倍数k后分别提供给第一支路、第二支路，所述第一支路包括依次连接的第三加法器、第一滤波器以及第一积分器，所述第三加法器的输入端分别接入所述第三放大器的输出ke、第二支路中第二积分器的输出v2，所述第三加法器的输出依次经第一滤波器以及第一积分器后得到第一输出量vm，所述第二支路包括依次连接的第二滤波器、第二积分器以及第四加法器，所述第二滤波器的输入端连接所述第一积分器的输出v1，所述第四加法器的输入端分别接入所述第二积分器的输出v2、第三支路的输出v3，输出与所述第一输出量vm正交的第二输出bvm，所述第三支路包括依次连接的第五加法器、第三滤波器以及第三积分器，所述第五加法器的输入端分别接入述第三放大器的输出ke、所述第三积分器的输出v3，所述第五加法器的输出依次经所述第三滤波器以及第三积分器得到输出v3。
5.根据权利要求1或2或3所述的基于二阶三阶广义积分器的UPQC锁相控制装置，其特征在于，所述MSTOGI积分器设置有两个，每个所述MSTOGI积分器接入输入信号的角频率ωs以及所述Clark模块变换输出的一相电压，对应输出两个相互正交的电压输出量，所述基波正序分量提取模块包括两路乘加单元以及分别与两路所述乘加单元连接的Park变换器，每路所述乘加单元分别对应接收一个MSTOGI积分器输出的输出量vm、另一个MSTOGI积分器输出的正交量bvm，进行乘加计算后提供给所述Park变换器进行Park变换，得到基波正序分量输出。
6.一种用于权利要求1～5中任意一项所述的基于二阶三阶广义积分器的UPQC锁相控制装置的控制方法，其特征在于，步骤包括：
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，还包括LADRC控制器的参数求解步骤，包括：
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，还包括使用预设的观测器带宽ω0按照下式对求解出的LADRC控制器参数进行调节：
9.根据权利要求6或7或8所述的控制方法，其特征在于，在所述LADRC控制器中配置具有如下表达式的线性扩张状态观测器LESO，以用于对所输入的信号中总扰动进行估计并进行补偿：
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，在所述LADRC控制器中配置具有如下表达式的一阶线性状态误差反馈率电路LSEF以用于消除输入信号中的总扰动：
...【技术特征摘要】
1.一种基于二阶三阶广义积分器的upqc锁相控制装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于二阶三阶广义积分器的upqc锁相控制装置，其特征在于，所述ladrc控制模块为由线性扩张状态观测器leso以及一阶线性状态误差反馈率电路lsef连接组成的一阶ladrc电路，所述线性扩张状态观测器leso用于对所输入的信号中总扰动进行估计并进行补偿，输出补偿后的信号，所述一阶线性状态误差反馈率电路lsef用于消除所输入的信号中的总扰动，反馈给所述线性扩张状态观测器leso。
3.根据权利要求2所述的基于二阶三阶广义积分器的upqc锁相控制装置，其特征在于，所述一阶线性状态误差反馈率电路lsef包括依次连接的第一加法器、第一放大器、第一乘法器以及第二放大器，所述第一加法器的输入端分别接入所述线性扩张状态观测器leso输出的信号估计值z1、基波正序分量参考量vsq+(ref)，输出端连接至所述第一放大器，所述第一放大器的放大增益为反馈增益p，所述第一乘法器的输入端分别输入所述线性扩张状态观测器leso输出的扰动估计值z2、所述第一放大器的输出，所述第一乘法器的输出端经所述第二放大器连接至所述线性扩张状态观测器leso的输入端，所述第二放大器的放大增益为1/b0，b0为可调增益。
4.根据权利要求1或2或3所述的基于二阶三阶广义积分器的upqc锁相控制装置，其特征在于，所述mstogi积分器包括第二加法器、第三放大器、用于产生两个相互正交的电压输出量的第一支路、第二支路以及用于消除直流分量的第三支路，所述第二加法器分别输入所述clark模块变换输出的两相电压，输出端输出输入电压与参考值之间的差值e，经所述第三放大器放大指定倍数k后分别提供给第一支路、第二支路，所述第一支路包括依次连接的第三加法器、第一滤波器以及第一积分器，所述第三加法器的输入端分别接入所述第三放大器的输出ke、第二支路中第二积分器的输出v2，所述第三加法器的输出依次经第一滤波器以及第一积分器后得到第一输出量...
【专利技术属性】
技术研发人员：褚衍廷，余雨婷，李佳，张超，张翼，龙奕璇，吴冬冬，黄静，赵丽颖，朱旖夕，符传硕，李晓祥，毛远斌，刘晓桂，
申请(专利权)人：湖南铁路科技职业技术学院，
类型：发明
国别省市：
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