基于重复控制的全数字ups逆变器

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1、基于重复控制的全数字UPS逆变器

2、第1图1电感电流模式双环控制3重复控制重复控制是一种基于内模原理的控制方法[4]，内模原理指出：系统在稳定状态下无稳态误差地跟踪参考输入信号的前提条件是闭环控制系统稳定且闭环控制系统中包含有参考输入信号的传递函数。为了实现重复控制系统，必须首先产生一个周期性的激励信号来消除由参考输入信号或干扰产生的周期性误差。图2是产生这个周期性激励信号的两种方法。500)this.style.ouseg(this)">(a)方法1500)this.style.ouseg(this

3、)">(b)方法2图2重复控制器中的内模原理图2（a）中的周期激励信号由模拟的方法实现，图2（b）中的周期激励信号由数字的方法实现。图2（b）中的N为每个工频周期内输出电压的采样次数，满足关系式：L=NTs（1）式中：Ts为输出电压的采样周期。输入信号E对应的是逆变器控制中的输出电压的误差信号，图中的内模结构是一个正反馈系统，输出C是对E的逐周期累加，只要输入不为零，输出就将逐周期变化，直至系统的输出电压跟踪误差为零。这时，输出C将保持不变，从而使系统的输出电压一直能够无误差的跟踪输入参考信号。逆变

4、器的重复控制结构框图[4]如图3所示，虚线框内即为离散重复控制器，各环节的传递函数介绍如下：500)this.style.ouseg(this)">图3逆变器重复控制结构框图1）z－N：周期延时环节，延时一个基波周期（工频周期），使周期误差从下一个周期开始校正，同时使超前环节的设置成为可能。2）Q(z)：为克服对象模型不精确，增强系统的稳定性而设置的低通滤波器或小于1的常数。3）S(z)：补偿器，用于修正SP逆变器模型的幅频特性曲线，使之适合重复控制的要求。4）zK：时间超前环节，补偿由于S(z)和

5、SP逆变器产生的时间延迟。5）Kr：重复控制器的增益，决定了重复控制器的输出Ur的幅度，同时Kr的取值直接影响了重复控制器的稳定性，一般取一个小于1的常数，以保证系统的稳定。6）P(z)：SP逆变器的简化离散数学模型。令：H(z)=Q(z)－P(z)KrS(z)zk(2)对应于频域的表达式为：H(ejωTs)=Q(ejωTs)－ejωkTsKrS(ejωTs)P(ejωTs)(3)很明显，闭环系统稳定的充要条件是[4]：

6、H(ejωTs)

7、<1(4)Q(ejωTs)通常是一个接近于1的常数，或

8、者是一个低通滤波器。在重复控制器的作用下，逆变器的输出电压的谐波幅度由下式决定：

9、e(ejωTs)

10、=500)this.style.ouseg(this)">

11、r(ejωTs)

12、＋500)this.style.ouseg(this)">

13、d(ejωTs)

14、（5）从上式可以看出，稳定状态下，参考跟踪误差

15、r(ejωTs)

16、和重复控制中的周期性扰动误差

17、d(ejωTs)

18、被衰减到原来的500)this.style.ouseg(this)">倍。因此，500)this.style.ouseg(this)"

19、>反映了重复控制系统的谐波抑制能力，定义它为谐波抑制因子。4重复控制器的设计重复控制器的设计首先要保证系统的稳定性，然后才是考虑如何减小系统的稳态误差，抑制逆变器输出电压的谐波[5]。在UPS系统中，输出电压的谐波主要集中在中低频段，因此在进行重复控制器的设计时，只考虑中低频段系统的谐波抑制，在系统的稳定性分析时兼顾高频段即可。下面给出了一种重复控制器的设计方法：1）确定周期延时系数N输出电压的采样周期为Ts，则一个周期内的采样次数即延时系数N=T/Ts。2）逆变器的简化离散数学模型P(z)逆变器的

20、数学模型可以有两种方法，第一种是实验的方法[5]描出逆变器的幅频特性曲线，通过软件拟合后得到模型。另一种是忽略开关器件，只考虑LC滤波器和寄生电阻的二阶模型。3）补偿环节Q(z)前面已经提到，Q(z)通常是一个接近于1的常数，或者是一个低通滤波器，设计中取Q(z)=0.95。4）逆变器模型幅频特性补偿器S(z)S(z)实际上是由S1(z)和S2(z)复合而成的。由于逆变器的LC滤波器在谐振频率点上增益很大（如果没有阻尼，则为无穷大），通过S(z)的补偿，希望频率从0到谐振点的增益接近于0dB，通过谐

21、振点之后，增益大大减小。S1(z)通常采用梳状滤波器，这样没有相位延迟。S2(z)通常采用一个剪切频率等于LC谐振频率的二阶低通滤波器，通常可借助MATLAB进行设计。5复合控制方法UPS逆变器采用重复控制技术，在线性和非线性负载下均可以获得良好的静态特性，但是由于重复控制延时1个工频周期的控制特点，使得单独使用重复控制的UPS逆变器动态特性极差，基本上无法满足UPS逆变器的各项指标，因此本文提出了双环PI控制和重复控制相结合的复合控制方法。图4是这种复合控制方法的结