双闭环控制器设计方法

1、3. 2.2电流的直接控制电流直接控制，就是采用跟踪型的PWM控制技术对电流波形的瞬时值进行反 馈控制，可以采用滞缓比较方式，也可采用三角波比较方式，进行电流的直接控 制。采用PWM技术的直接控制方法从原理上来说可以有效地滤除系统中的无功电 流和全部有害电流。与间接控制方法相比较，直接控制方法具有更高的响应速度 和控制精度，但它要求开关频率高，因为大功率器件很难以高开关频率运行，因 此不采用电流直接控制。一般来说，电流直接控制适合于小功率场合。但从目前 世界上运行的无功补偿器的情况看来，电流直接控制在中、大容量系统也有应用。 日本新农用于输电80Mvar的SVG和日本神户用于钢厂负荷补偿20M

2、var的SVG 均采用了电流直接控制方式。前者在电网严重不对称，甚至短路时仍可照常工作; 后者对炼钢电极短路引起的电网电压闪变有很好的抑制作用。电流直接控制的 SVG控制系统有两种基本结构：1.滞环比较控制；2.电压电流双闭环控制.本文主要讨论电压电流双闭环控制方法。控制结构如图3. 2所示，采用了 dq轴下的瞬时控制系统。SVG发出的电流瞬时值经dqO坐标变换变为id ig i0 ,与 有功电流、无功电流参考值作比较后，经PI调节器所得值，再经dqO反变换， 得到三相电压信号，进行三角波比较电流跟踪型PWM控制。其中，有功电流参考 值由直流侧电压参考值与直流侧电容电压反馈值比较后经PI调节器

3、得到。由于 参考值，；和石，和反馈值乙在稳态时均为直流信号，因此通过PI调节器可以实 现无稳态误差的电流跟踪控制。即此方法中采用了双闭环反馈控制，环是电流环 控制，外环是电压环控制。PI图3.3电流电压双闭环控制原理图SVG采用电流直接控制后，其响应速度和控制精度将比间接控制法有很大提 高。在这种控制方法下，SVG实际上相当于一个受控电流源。由于受电力半导体 器件开关频率限制，这种控制方法对较小容量SVG比较适用。还有一种电流直接控制方法为空间矢量调制控制方法，其原理可参考相关文 献，本文不再给出。以上介绍了SVG的两类控制方法，电流的间接控制和电流的直接控制。通过 对比我们可以得出如下结论：

4、(1) 电流的间接控制方法相对简单，技术相对成熟，但间接控制与直接控制 相比，控制精度较低，电流响应速度较慢。(2) 电流直接控制法对电力半导体器件的开关频率要求高，因此适用于较小 容量SVG控制；间接控制法适用于较大容量的SVG控制。(3) 采用电流间接控制的大容量SVG可采用多个变流器多重化联结、多电平技 术或珊M控制技术来减小谐波。而采用电流PWM跟踪控制的直接控制方法电流谐波 较少。3.3控制系统参数计算将双闭环控制器设计方法用于SVG,只需要经过为数不多的几步简单计算， 就可以确定控制器的参数，特别适合控制器参数的现场整定。另一特点是在频域 设计控制器时，可以比较方便地将系统中诸如变

5、换器延时，滤波延时等小滞后环 节考虑进去。因此，在SVG控制系统设计中，一般采用双环控制，即电压外环和 电流环。电压外环的作用主要是控制三相整流器直流侧电压，而电流环的作 用是要按电压外环输出的电流指令进行电流控制。3. 3.1电流环控制系统设计如图2. 2所示，在相坐标系VSR(d,q)中，其dq模型可描述为： r l(3. 5)Lp + R -coLeq coL Lp + R刁(儿 +/；) = %：3 6)式中J、0q电网电动势矢量dg的d、q分量d、三相VSR交流侧电压矢量dg的d、q分量id、iq三相VSR交流侧电流矢量心的d、q分量P微分算子设dq坐标系中q轴与电网电动势矢量和重合

6、，则电网电动势矢量d轴分量 廿0。从三相VSR dq模型方程式(3. 5)可看出，由于VSR d、q轴变量相互耦合， 因而给控制器设计造成一定困难。为此，可采用前馈解耦控制策略，当电流调节 器采用PI调节器时，则叫、的控制方程如下：斗心+纠(i；)一皿d+q + 1)cvyg+1)由此，得电压环中频宽九为:(3. 16)由典型口型系统控制器参数整定关系得:(3. 17)0.75K“ _ 九+152/讥综合考虑电压环控制系统的抗扰性及跟随性，工程上一般取中频宽 九=% =5,将九=5代入（3.17）,计算得电压环PI调节器参数为： p5：=5（+37；）4C（3. 18）=（匚+3耳）(3. 19)(3. 20)另一方面，当采用典型口型系统设计电压环时，电压环控制系统截止频率乞为:当取tu=Ts 时，7；=/忆=5亿+34） =