一种基于LCL滤波的可控整流器参数辨识方法

摘要

一种基于LCL滤波的可控整流器参数辨识方法，属于适合电感-电容-电感(LCL)滤波的参数辨识方法。所述一种基于LCL滤波的可控整流器参数辨识方法包括五个步骤：1、短路电流的获取过程；2、基于遗传算法的参数辨识；3、启动时电网初始相角的获取；4、LCL滤波条件下的电网虚拟磁链值的实时估算；5、LCL滤波条件下的系统定向角的获取。优点：1、采用遗传算法对电网参数进行辨识，实现了电网虚拟磁链初值及相位较为准确观测，实现了整流器平稳启动。2、获得考虑电网内电感的LCL滤波器谐振频率，给LCL滤波器的谐振抑制提供可靠依据。3、为基于LCL滤波的可控整流器无传感器运行提供了精确的电网虚拟磁链定向，有利于控制系统的稳定运行。

主权项

1.一种基于LCL滤波的可控整流器参数辨识方法，其特征是：所述可控整流器参数辨识方法包括五个步骤：1、短路电流的获取过程；2、基于遗传算法的参数辨识；3、启动时电网初始相角的获取；4、LCL滤波条件下的电网虚拟磁链值的实时估算；5、LCL滤波条件下的系统定向角的获取；具体步骤如下：    步骤一、短路电流的获取过程为：    步骤1.1、采样直流母线电压，此时可控整流器中功率器件不工作，由与功率器件并联的电力二极管将电网交流电压整流为直流母线电压，即为不可控整流所得电压；     步骤1.2、向三桥臂整流电路6个功率器件发出持续时间为T的零矢量信号(0，O，O)或零矢量信号(1，1，1)，相当于整流电路所有上桥臂或下桥臂短路，这时电网与可控整流器组成的电路，相当于只有电网与可控整流器中LCL滤波器组成的三相对称电路；    步骤1.3、通过霍尔电流传感器采样某相电流，以T/4为一个采样周期，采样4次，记录4个采样值；    步骤二、基于遗传算法的参数辨识：步骤2.1、建立遗传算法适应度函数，将4个电流采样值作为真实值，将通过短路电流数学模型计算电流作为估计值；通过适应度函数计算的适应度作为辨识参数的选择标准；步骤2.2、采样所得的不可控整流直流母线电压，其大小在1/2至1倍线电压峰值之间波动，那么相电压幅值应该为直流母线电压的至倍之间；由于相电压为余弦函数，其周期为2π，故将电压初始相位角取值在一个2π周期内，如在0到2π之间，工频角频率100π rad/s，取工频±1%的偏差为搜索范围；依据，L_r为电网电感，L_g为LCL滤波器的网侧电感，L为LCL滤波器变换器侧电感，电网电感(L_r)加入会使谐振角频率ω_x单调下降，其极值为滤波器原有谐振频率的倍，则谐振角频率搜索范围在滤波器原有谐振频率到滤波器原有谐振频率的倍这一极值之间；    步骤2.3、依据相电压幅值、电压初始相位角、工频角频率、谐振角频率四个参数搜索范围，随机产生初始参数种群；将每组参数个体用于计算电流估计值，比较采样值与估计值的误差，得到适应度函数值；然后对种群进行选择运算，并保留精英种群，接着进行交叉和变异运算，生成新一代群体；根据算法停止条件，如进化代数或最小适应度值，判断计算是否终止，否则从“选择”运算重新计算；     步骤三、启动时电网初始相角的获取：    步骤3.1、遗传算法的计算时间较长，电网初始相角需要重新计算；重新发出零矢量，持续时间为2个T／4，采样短路电流两次，采样间隔T/4；步骤3.2、依据短路电流模型，将第一个采样电流，和辨识所得的电网电压幅值U、频率ω以及LCL滤波器的谐振频率ω_x，反算初始相位角；其有两个解，将两个计算所得初始相位角，代入，式中，，，，式中M为LCL滤波器谐振频率和LCL滤波器谐振频率计算参数的乘积，即，式中 L_r为电网电感，L_g为LCL滤波器的网侧电感，L为LCL滤波器变换器侧电感，C_f为LCL滤波器电容），得到两个计算所得的与步骤3.1中第二个T／4采样时刻同一时刻的短路电流值，判断计算所得两个电流值与步骤3.1中第二个T／4时刻采样电流值哪个最接近，将计算最接近电流值的初始相位角作为真实的初始相位角；    步骤四、LCL滤波条件下的电网虚拟磁链值的实时估算：步骤4.1、依据三相桥臂开关状态和直流母线电压计算整流侧三相电压，转化到两相静止坐标系下，将所得电压值分别代入，中后半部分和，得到两相静止坐标系下整流侧磁链；步骤4.2、检测整流侧电流，转化到两相静止坐标系下，依据，前半部分和，分别将整流侧电流与电网内电感及LCL滤波器电感之和相乘，所得结果为两相静止坐标系下电感磁链；步骤4.3、整流侧磁链与电感磁链相加，获得基于LCL滤波的实时电网虚拟磁链值和；步骤五、LCL滤波条件下的系统定向角的获取：步骤5.1、两相静止坐标系下轴电网虚拟磁链值除以轴电网虚拟磁链值，得到正切值；计算反正切函数，得到电网虚拟磁链定向角；步骤5.2、利用电网虚拟磁链定向角，将整流侧电流、电容电流进行旋转坐标变换，将整流侧电压给定进行旋转坐标反变换，从而实现整流器的虚拟磁链定向控制。2．根据权利要求1所述的一种基于LCL滤波的可控整流器参数辨识方法，其特征在于，带有LCL滤波器的可控整流的拓扑结构包括电网电源及电网内电抗(1)、LCL滤波器(2)、三桥臂整流电路(3)、直流侧滤波电容C(4)和直流负载(5)，电网电源与电网内电抗分别与LCL滤波器的三相输入端相连，LCL滤波器的输出端分别与三桥臂整流电路中每一桥臂节点相连，直流侧滤波电容C与负载并联，并分别连接于三桥臂整流电路的两个输出端。3．根据权利要求1所述的一种基于LCL滤波的可控整流器参数辨识方法，其特征在于，带有LCL滤波器的可控整流的无传感器控制结构包括整流侧电流的检测(6)、LCL滤波器电容电流的检测(7）、直流母线电压的检测(8）、参数辨识单元(9）、电网虚拟磁链的计算单元(10）、电网虚拟磁链定向角的计算单元（11)、直流电压控制单元(12）、电流控制单元（13)、主动阻尼控制单元(14）和电压空间矢量发生单元(15)；给定直流电压()与直流母线电压的检测值(U_dc)送入直流电压控制单元(12），得到有功电流给定()，采用定向角()将整流侧电流的检测值(i_a2，i_b2)坐标变换，分别得到d、q轴电流(i_d，i_q)；d、q轴电流(i_d，i_q)与电流给定(，)送入电流控制单元(13)，电流前馈项等于电源内电感与LCL滤波器电感的和乘以d、q轴电流(i_d，i_q)；LCL滤波器电容电流的检测值(i_ca，i_cb), 经过基于定向角(θ)的坐标反变换，送入阻尼控制模块，得到阻尼控制电压值，分别与电流控制单元输出值相加，经过基于定向角(θ)的坐标反变换，得到整流侧电压给定(，)，送入电压空间矢量发生单元(15)，得到开关状态(S_a,b,c)，并将开关状态(S_a,b,c)给入三桥臂整流电路(3)；开关状态(S_a,b,c)、直流母线电压的检测值(U_dc)、电流给定(，)及参数辨识单元(9)所得参数，送入电网虚拟磁链的计算单元(10)，得到电网虚拟磁链，；电网虚拟磁链，再送入电网虚拟磁链定向角的计算单元(11），得到定向角(θ)；如此循环，实现了无电压传感器控制。