信息科學(xué)術(shù)語(yǔ)獨(dú)立聯(lián)合控制01背景聯(lián)合控制控制結(jié)構(gòu)獨(dú)立控制補(bǔ)償原理集中電流環(huán)靜差分析和校準(zhǔn)目錄0305020406基本信息獨(dú)立聯(lián)合控制（Independentjointcontrol）是指利用PR控制器可無(wú)靜差地跟蹤交流參考量、PI控制器可無(wú)靜差地跟蹤直流參考量的特性，提出基于比例諧振（PR）與比例積分（PI）聯(lián)合控制的并網(wǎng)逆變器直流注入控制策略，以消除并網(wǎng)電流中的直流分量，各方面獨(dú)立控制的控制方法。背景背景隨著大型企業(yè)非線性及無(wú)功負(fù)載的大量增加，配電網(wǎng)中電流、電壓波形畸變程度及相角偏移也日益嚴(yán)重。目前電力電子器件額定功率有限，與電網(wǎng)所要求控制的電壓之間產(chǎn)生矛盾。因此，有源電力濾波器的多樣化方案成為研究的重點(diǎn)。補(bǔ)償系統(tǒng)能否應(yīng)用于實(shí)際取決于其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度，濾波系統(tǒng)的治理效果取決于其控制方法。為了應(yīng)用實(shí)際并提高濾波效果，針對(duì)各類(lèi)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)提出了許多新穎的控制方法，均有各自的優(yōu)勢(shì)，但都局限在低壓小容量系統(tǒng)中使用。傳統(tǒng)的混合型電力濾波器無(wú)法像無(wú)源濾波器一樣補(bǔ)償無(wú)功功率，因此提出了用于補(bǔ)償諧波和無(wú)功功率的新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。例如改進(jìn)多通道注入式HAPF與TCR聯(lián)合系統(tǒng)，雙環(huán)解耦電壓型逆變器控制的研究。這些新的拓?fù)渑c控制方法結(jié)構(gòu)復(fù)雜，補(bǔ)償時(shí)是分別并入電網(wǎng)，沒(méi)有達(dá)到聯(lián)合控制的目的，且這些方法并沒(méi)有大幅度減小有源電力濾波器容量。獨(dú)立控制獨(dú)立控制獨(dú)立控制的本質(zhì)是實(shí)現(xiàn)3方面功能：1）諧波補(bǔ)償頻次可選；2）各選擇次諧波補(bǔ)償程度可獨(dú)立設(shè)定；3）各選擇次諧波可無(wú)靜差補(bǔ)償。獨(dú)立的懸浮繞組控制系統(tǒng)，所需的轉(zhuǎn)矩繞組氣隙磁鏈的幅值和相位可通過(guò)獨(dú)立的電壓模型方法辯識(shí)得到?；趩卫湓纯照{(diào)系統(tǒng)溫濕度獨(dú)立控制方法，對(duì)空調(diào)機(jī)組的熱濕控制功能段及控制方式進(jìn)行了改進(jìn)。

隨著電力電子等非線性負(fù)荷在工業(yè)和民用場(chǎng)合應(yīng)用越來(lái)越廣泛，電網(wǎng)中電流波形畸變更加嚴(yán)重，電能質(zhì)量問(wèn)題越來(lái)越顯著。應(yīng)用有源電力濾波器(activepowerfilter，APF)被公認(rèn)為治理電網(wǎng)諧波、改善電能質(zhì)量的最有效手段?，F(xiàn)階段APF有兩個(gè)最重要的性能要求：1）高補(bǔ)償精度，即要求補(bǔ)償后的網(wǎng)側(cè)電流總諧波畸變率和各次諧波含有率均達(dá)到GB/T14549-93規(guī)定的指標(biāo)(或者企標(biāo)的補(bǔ)償后的網(wǎng)側(cè)電流總諧波畸變率小于5%，進(jìn)一步各次諧波畸變率均小于1%)；2）裝置容量的靈活充分利用，如當(dāng)補(bǔ)償容量超過(guò)裝置最大容量時(shí)進(jìn)行分次輸出限幅或者只對(duì)指定次諧波進(jìn)行補(bǔ)償。滿(mǎn)足上述性能要求的最有效方法是實(shí)現(xiàn)APF諧波獨(dú)立控制，其本質(zhì)是實(shí)現(xiàn)APF功能：1）諧波補(bǔ)償頻次可選；2）各選擇次諧波補(bǔ)償程度可獨(dú)立設(shè)定(通常為0%~100%)；3）各選擇次諧波無(wú)靜差補(bǔ)償。這3方面功能不僅可使APF對(duì)各次諧波的補(bǔ)償精度大大提高，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)其對(duì)輸出容量最靈活和最充分地利用。聯(lián)合控制聯(lián)合控制聯(lián)合控制利用PR控制器可無(wú)靜差地跟蹤交流參考量、PI控制器可無(wú)靜差地跟蹤直流參考量的特性，提出基于比例諧振（PR）與比例積分（PI）聯(lián)合控制的并網(wǎng)逆變器直流注入控制策略，以消除并網(wǎng)電流中的直流分量。桁架錨索聯(lián)合控制技術(shù)是將處于受壓狀態(tài)的巷道兩肩窩深部巖體作為錨固點(diǎn)和承載結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ),采用高預(yù)拉力對(duì)拉并鎖緊兩根鋼絞線,直接作用于頂板淺部的圍巖,提供水平預(yù)應(yīng)力改善頂板的應(yīng)力狀態(tài),強(qiáng)化低位巖體的力學(xué)性能和提高其抗變形性能,控制層狀頂板的不協(xié)調(diào)變形。補(bǔ)償原理仿真與實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成與建模補(bǔ)償原理系統(tǒng)組成與建模在三相靜止abc坐標(biāo)系變換到兩相旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系，將電流id和iq進(jìn)行微分，得出該系統(tǒng)的空間狀態(tài)模型。由于狀態(tài)變量{id,iq,Vdc}和開(kāi)關(guān)狀態(tài)函數(shù){dnd,dnq}的存在，系統(tǒng)模型為非線性的。SHPF控制的三個(gè)狀態(tài)變量必須獨(dú)立地控制。因此通過(guò)解耦策略，充分分離它們各自的動(dòng)態(tài)變量，可以避免內(nèi)部電流環(huán)路和外部直流母線電壓環(huán)路之間的相互作用。采用電流內(nèi)環(huán)和直流電壓外環(huán)模型時(shí)，TCR電容電壓的微分系數(shù)比較低，所以對(duì)所提出控制技術(shù)的性能沒(méi)有顯著的負(fù)面影響。因此，它們實(shí)際上可忽略不計(jì)，然后將電流進(jìn)行解耦，得出輸入變量。在變換過(guò)程中，對(duì)解耦后的電流進(jìn)行跟蹤。電流id和iq可以被獨(dú)立地控制，并且通過(guò)使用比例積分補(bǔ)償器，實(shí)現(xiàn)快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)和零穩(wěn)態(tài)誤差。跟蹤控制器的表達(dá)式為仿真與實(shí)驗(yàn)不投入無(wú)功負(fù)載，得出單相供電電流(is1)，負(fù)載電流(iL1)，SHPF-TCR電流(ic1)的仿真圖形及直流側(cè)電壓(Vdc)。SHAP工作時(shí)，電源電流的總諧波失真，從25.72%降低到1.52%。通過(guò)仿真驗(yàn)證SHPF-TCR補(bǔ)償器提供了非常良好的補(bǔ)償性能，并且直流側(cè)電壓穩(wěn)定在50V。在系統(tǒng)產(chǎn)生諧波和需無(wú)功功率時(shí)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察SHPF-TCR的補(bǔ)償規(guī)律，SHPF-TCR補(bǔ)償無(wú)功功率和消除諧波的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，該圖波形是網(wǎng)側(cè)電壓(Vs1)、單相電源電流(is1)、負(fù)載電流(iL1)和混合濾波器的電流(ic1)。SHPF-TCR補(bǔ)償負(fù)載電流(iL1)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。從該實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以觀察到SHPF-TCR補(bǔ)償器能夠有效地補(bǔ)償諧波電流和無(wú)功功率。電源電流接近正弦，并保持與電壓同相位。系統(tǒng)諧波由TCR并聯(lián)連接電容器和有源濾波器進(jìn)行補(bǔ)償。APF被設(shè)置為僅補(bǔ)償負(fù)載諧波，TCR的諧波電流迫使流過(guò)電容器，這些諧波不會(huì)流過(guò)電源或負(fù)載。因此，保證了網(wǎng)側(cè)的電能質(zhì)量?？刂平Y(jié)構(gòu)傳統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介APF整機(jī)系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)和功率系統(tǒng)兩部分組成，其中控制系統(tǒng)包括3部分：諧波控制系統(tǒng)、直流電壓外環(huán)和電網(wǎng)電壓鎖相環(huán)。諧波控制系統(tǒng)是APF控制系統(tǒng)核心，包括諧波檢測(cè)和電流環(huán)兩部分。從諧波控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)角度進(jìn)行對(duì)比分析，進(jìn)一步提出了APF兩種運(yùn)行模式下的改進(jìn)諧波獨(dú)立控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)諧波集中檢測(cè)結(jié)合集中電流環(huán)諧波集中檢測(cè)結(jié)合集中電流環(huán)的傳統(tǒng)諧波控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。其中諧波集中檢測(cè)是指利用負(fù)載電流直接減去檢測(cè)出的單頻次分量(通常為基波正序分量等不需要APF補(bǔ)償分量)得到總的全頻段諧波指令電流，單頻次分量檢測(cè)常用的方法有離散傅里葉變換(discreteFouriertransformation，DFT)、瞬時(shí)無(wú)功等；集中電流環(huán)是指電流環(huán)開(kāi)環(huán)部分采用單控制器，如比例積分(ProportionalIntegral，PI)(靜止或者單同步坐標(biāo)系下)或等效的單頻次比例諧振器等。該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)，但無(wú)法實(shí)現(xiàn)諧波獨(dú)立控制，即諧波補(bǔ)償頻次的可選和程度的可設(shè)定，對(duì)諧波電流各頻次分量的無(wú)靜差跟蹤。諧波集中檢測(cè)結(jié)合分次電流環(huán)諧波集中檢測(cè)結(jié)合分次電流環(huán)結(jié)構(gòu)的電流環(huán)采用多個(gè)控制器即各頻次電流控制器，構(gòu)成分次電流環(huán)。分次電流環(huán)控制器常為多比例諧振器或者多同步坐標(biāo)系PI，證明兩者具有等效性，均可實(shí)現(xiàn)電流環(huán)對(duì)指定次諧波分量的無(wú)靜差跟蹤，通過(guò)投入或者切出不同頻次電流控制器以實(shí)現(xiàn)諧波補(bǔ)償頻次的選擇。但是由于該結(jié)構(gòu)采用諧波集中檢測(cè)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)指定次諧波補(bǔ)償?shù)某潭仍O(shè)定，也就不能完全實(shí)現(xiàn)諧波獨(dú)立控制功能，而且分次電流環(huán)控制器隨著選擇頻次的增多容易存在耦合，參數(shù)難整定，易出現(xiàn)穩(wěn)定性問(wèn)題。集中電流環(huán)靜差分析和校準(zhǔn)仿真分析集中電流環(huán)靜差分析集中電流環(huán)靜差分析和校準(zhǔn)集中電流環(huán)靜差分析APF通常采用數(shù)字控制器，為便于分析，本文在連續(xù)域下對(duì)數(shù)字控制系統(tǒng)進(jìn)行建模和分析。采用靜止坐標(biāo)系PI控制器的集中電流環(huán)的連續(xù)域近似模型采用ab坐標(biāo)系下建模、復(fù)數(shù)形式表示。Ts為采樣周期(亦即脈寬調(diào)制(pulsewidthmodulation，PWM)開(kāi)關(guān)周期或其一半)；L為并網(wǎng)電感；R為電感的寄生電阻；Kp和Ki分別為PI控制器的比例系數(shù)和積分系數(shù)；E為三相電網(wǎng)電壓復(fù)數(shù)矢量。由于采用了電網(wǎng)電壓前饋技術(shù)，同時(shí)電網(wǎng)電壓一般情況諧波含量很低，所以頻域分析在諧波頻次時(shí)無(wú)需考慮電網(wǎng)電壓E的擾動(dòng)。另外，PWM部分的計(jì)算延時(shí)和零階保持器(zeroorderhold，ZOH)兩個(gè)模塊，連續(xù)域下分別用兩個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)近似表示。分析集中電流環(huán)穩(wěn)定性、動(dòng)態(tài)性能和閉環(huán)頻域特性。關(guān)于集中電流環(huán)穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)性能方面，指出通過(guò)合理的調(diào)節(jié)PI控制器參數(shù)可使集中電流環(huán)具有良好的穩(wěn)定程度和動(dòng)態(tài)性能，但從閉環(huán)頻域特性方面看，這種情況時(shí)集中電流環(huán)的帶寬不會(huì)很寬，一般不會(huì)超過(guò)其輸入指令電流頻段即APF所需補(bǔ)償電流的頻段(通常為2~50次)，則集中電流環(huán)對(duì)很多頻次諧波分量的增益(本質(zhì)為復(fù)數(shù)，包括增益幅值和增益相角)偏離增益1，使得集中電流環(huán)輸出的指定頻次分量的幅值和相位較指令量出現(xiàn)較大偏差，即產(chǎn)生所謂的集中電流環(huán)靜差。根據(jù)線性控制系統(tǒng)頻域特性可知，集中電流環(huán)對(duì)各頻次分量增益為系統(tǒng)固有參數(shù)，與輸入信號(hào)無(wú)關(guān)，因此集中電流環(huán)閉環(huán)傳遞函數(shù)對(duì)其閉環(huán)頻域特性作定性和定量分析。以保證集中電流環(huán)控制系統(tǒng)具有合適的穩(wěn)定裕度和良好的動(dòng)態(tài)性能為目標(biāo)，對(duì)PI控制器參數(shù)進(jìn)行整定，取Kp=3.仿真分析搭建Matlab-Simulink仿真模型。系統(tǒng)阻抗忽略不計(jì)。非線性負(fù)載為三相不控整流橋，集中電流環(huán)對(duì)各頻次諧波電流分量增益。首先分析單指定次諧波電流輸入集中電流環(huán)情況，集中電流環(huán)輸入單7次諧波指令電流時(shí)的A相指令電流、靜差校準(zhǔn)前和校準(zhǔn)后的輸出電流波形，可以看出，靜差校準(zhǔn)前的輸出電流幅值略高于指令電流，相位滯后于指令電流，直接通過(guò)波形數(shù)據(jù)分析得到該輸出電流較指定電流相位滯后16.3o，幅值