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JP7590029B2 - Vector Angle Control Method - Google Patents
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Description

本発明は、パワーエレクトロニクス制御の技術分野に属し、特にベクトル角に基づく制御方法に関する。 The present invention belongs to the technical field of power electronics control, and in particular to a control method based on vector angles.

三相大容量コンバータは、エネルギー変換装置として、電化輸送や船舶電力システムなどの産業分野でますます広く使用されている。この種類のコンバータは通常、低キャリア比の条件下で動作し、制御及び変調遅延が大きく、制御ループの安定余裕が不十分であり、その動的性能に影響を及ぼす。 Three-phase large-capacity converters are increasingly used as energy conversion devices in industrial fields such as electrified transportation and ship power systems. This kind of converter usually works under the condition of low carrier ratio, has large control and modulation delay, and insufficient stability margin of the control loop, which affects its dynamic performance.

三相コンバータは、通常、比例積分コントローラ(即ち、PIコントローラ)又は比例共振コントローラ(即ち、PRコントローラ)によって制御される。PIコントローラは、同期回転座標系において三相電流の有効電力制御を実現する。しかし、通常1000Hz未満の高電力デバイスのスイッチング周波数によって制限されるため、システム制御遅延はミリ秒レベルに達する可能性があり、モデリングと分析のために複素伝達関数の数学ツールを使用すると、その位相余裕と対応する動的性能は非常に不十分である。 Three-phase converters are usually controlled by proportional integral controllers (i.e., PI controllers) or proportional resonant controllers (i.e., PR controllers). PI controllers realize the active power control of three-phase currents in a synchronous rotating coordinate system. However, limited by the switching frequency of high-power devices, which is usually less than 1000 Hz, the system control delay can reach the millisecond level, and its phase margin and corresponding dynamic performance are very poor when using the mathematical tools of complex transfer functions for modeling and analysis.

三相三線式高電力変換システムでは、突極同期電動機のdq軸インピーダンス非対称性、三相非対称負荷、非対称障害状態などによる三相非対称の状況が存在する。三相非対称コンバータは、PRコントローラを使用して、静止座標系において三相電流の有効電力制御を実現することができる。しかし、通常1000Hz未満の高電力デバイスのスイッチング周波数によって制限されるため、システム制御遅延はミリ秒レベルに達する可能性があり、モデリングと分析のために伝達関数行列及び特性軌跡分析などの数学ツールを使用すると、その位相余裕と対応する動的性能も非常に不十分である。 In a three-phase three-wire high power conversion system, there are three-phase asymmetric situations due to the dq-axis impedance asymmetry of the salient pole synchronous motor, three-phase asymmetric load, asymmetric fault conditions, etc. Three-phase asymmetric converters can use PR controllers to realize the active power control of three-phase currents in the stationary coordinate system. However, limited by the switching frequency of high power devices, which is usually less than 1000 Hz, the system control delay can reach the millisecond level, and its phase margin and corresponding dynamic performance are also very insufficient when using mathematical tools such as transfer function matrix and characteristic trajectory analysis for modeling and analysis.

大容量コンバータが配置された低キャリア比動作条件において、本発明は、従来のPIコントローラ又はPRコントローラに対して新たな制御自由度を導入して位相余裕を増加させ、システムの安定性及び動的性能をより効果的に向上させる。大容量コンバータの動的性能を向上させるために、本発明は、ベクトル角制御方法を提供する。 In low carrier ratio operating conditions where a large-capacity converter is deployed, the present invention introduces a new degree of control freedom to the conventional PI controller or PR controller to increase the phase margin and more effectively improve the stability and dynamic performance of the system. To improve the dynamic performance of the large-capacity converter, the present invention provides a vector angle control method.

本発明の目的を達成するために、本発明は、ベクトル角比例積分制御又はベクトル角比例共振制御に用いられるベクトル角制御方法を提供する。ベクトル角制御方法は以下のステップを含む。 To achieve the object of the present invention, the present invention provides a vector angle control method used for vector angle proportional integral control or vector angle proportional resonant control. The vector angle control method includes the following steps.

被制御コンバータの各相の電流をサンプリングし、ベクトル角比例積分制御を行う場合、abc/dq座標変換により同期座標系の電流iとiを取得し、電流サンプリング値の複素ベクトル表現式をidq=i+jiと定義し、ここで、iとiはそれぞれ同期座標系におけるd軸とq軸の電流値であり、jは虚数単位であり、ベクトル角比例共振制御を行う場合、abc/αβ座標変換により静止座標系の電流iα、iβを取得し、電流サンプリング値の二次元列ベクトル表現式をIαβ=[iα βと定義し、ここで、iαとiβはそれぞれ静止座標系におけるα軸とβ軸の電流値であり、上付き文字Tは転置である。 When sampling the current of each phase of the controlled converter and performing vector angle proportional integral control, the currents i d and i q in the synchronous coordinate system are obtained by abc/dq coordinate transformation, and the complex vector expression of the current sampled value is defined as i dq = i d + j i q , where i d and i q are the d-axis and q-axis current values in the synchronous coordinate system, respectively, and j is the imaginary unit. When performing vector angle proportional resonant control, the currents i α and i β in the stationary coordinate system are obtained by abc/αβ coordinate transformation, and the two-dimensional column vector expression of the current sampled value is defined as I αβ = [i α i β ] T , where i α and i β are the α-axis and β-axis current values in the stationary coordinate system, respectively, and the superscript T is transposition.

電流基準値から電流サンプリング値を減算して、電流誤差値を得る。 Subtract the current sampling value from the current reference value to obtain the current error value.

電流誤差値をベクトル角比例積分部分又はベクトル角比例共振部分の入力として、計算により対応するベクトル角比例積分部分又はベクトル角比例共振部分の出力を取得し、ベクトル角比例積分制御を行う場合、ベクトル角比例積分部分の出力mdq_Rの計算式は、mdq_R=idq_E・(K+K・ejθi/s)であり、ここで、Kは比例係数、Kは積分係数、θはベクトル角、sはラプラス演算子、jは虚数単位、idq_Eは電流誤差値であり、ベクトル角比例共振制御を行う場合、ベクトル角比例共振制御の出力Mαβ_Rの計算式は次のとおりであり、
ここで、KpαとKpβはそれぞれ静止座標系におけるα軸とβ軸の比例係数であり、KrαとKrβはそれぞれ静止座標系におけるα軸とβ軸の共振係数であり、ωは基本角周波数であり、sはラプラス演算子であり、θrpは差分ベクトル角で、その値は-90°と0°の間の妥協点であり、Iαβ_Eは電流誤差値である。
When the current error value is used as the input of the vector angle proportional integral part or the vector angle proportional resonance part, and the output of the corresponding vector angle proportional integral part or the vector angle proportional resonance part is obtained by calculation to perform vector angle proportional integral control, the calculation formula for the output m dq_R of the vector angle proportional integral part is m dq_R = i dq_E · (K p + K i · e jθi /s), where K p is a proportionality coefficient, K i is an integral coefficient, θ i is a vector angle, s is a Laplace operator, j is an imaginary unit, and i dq_E is a current error value. When vector angle proportional resonance control is performed, the calculation formula for the output M αβ_R of the vector angle proportional resonance control is as follows:
where Kpα and Kpβ are the proportionality coefficients of the α-axis and β-axis in the stationary coordinate system, Krα and Krβ are the resonance coefficients of the α-axis and β-axis in the stationary coordinate system, ω0 is the fundamental angular frequency, s is the Laplace operator, θrp is the difference vector angle, whose value is a compromise between −90° and 0°, and Iαβ_E is the current error value.

電流サンプリング値をデカップリング部分の入力として、計算によりデカップリング出力を得る。 The current sampling value is used as the input to the decoupling part, and the decoupling output is obtained through calculation.

遅延補償部分の入力として、ベクトル角比例積分部分又はベクトル角比例共振部分の出力とデカップリング出力を加算し、そして遅延補償部分の出力を制御ループの合計出力とする。 The output of the vector angle proportional integral part or the vector angle proportional resonance part and the decoupling output are added as the input to the delay compensation part, and the output of the delay compensation part is the total output of the control loop.

制御ループの合計出力に対応するdq/abc座標又はαβ/abc座標変換を行って三相変調波を取得し、それを変調及び駆動モジュールにおいてキャリア波と比較し、駆動信号を生成してコンバータトポロジーを駆動して電気エネルギー変換を実現する。 The dq/abc coordinate or αβ/abc coordinate transformation corresponding to the total output of the control loop is performed to obtain the three-phase modulated wave, which is compared with the carrier wave in the modulation and driving module, and a driving signal is generated to drive the converter topology to realize the electrical energy conversion.

本発明の一実施形態では、ベクトル角比例積分制御を行う場合、電流誤差値をベクトル角比例積分部分の入力として、計算によりベクトル角比例積分部分の出力を取得する前に、位相等化部分の処理も含まれ、これは、位相等化角度を導入して電流誤差idq_Eを等化し、次に等化された電流誤差をベクトル角比例積分部分の入力として、計算によりベクトル角比例積分部分の出力mdq_Rを取得し、ベクトル角比例積分部分の出力mdq_Rの計算式はmdq_R=idq_B・(K+Ki1・ejθi/s)であり、ここで、idq_B=idq_E・ejθbであり、θは位相等化角度であり、idq_Bは位相等化結果である。 In one embodiment of the present invention, when performing vector angle proportional integral control, before using the current error value as the input of the vector angle proportional integral part to obtain the output of the vector angle proportional integral part through calculation, the processing of the phase equalization part is also included, which involves introducing a phase equalization angle to equalize the current error i dq_E , and then using the equalized current error as the input of the vector angle proportional integral part to obtain the output m dq_R of the vector angle proportional integral part through calculation, and the calculation formula for the output m dq_R of the vector angle proportional integral part is m dq_R = i dq_B · (K p + K i1 · e jθi /s), where i dq_B = i dq_E · e jθb , θ b is the phase equalization angle, and i dq_B is the phase equalization result.

本発明の一実施形態では、ベクトル角比例積分制御を行う場合、デカップリング出力mdq_Dの計算式はmdq_D=idq・jωLであり、ここで、Lは交流側インダクタンス値であり、ωは基本角周波数である。 In one embodiment of the present invention, when vector angle proportional integral control is performed, the calculation formula for the decoupling output m dq_D is m dq_D =i dq ·jω 0 L, where L is the AC side inductance value and ω 0 is the fundamental angular frequency.

本発明の一実施形態では、ベクトル角比例積分制御を行う場合、遅延補償部分の出力mdqの計算式はmdq=mdq_RD又はmdq=mdq_RD・ejnTs・ω0であり、ここで、mdq_RD=mdq_R+mdq_Dであり、Tは制御周期、nは補償係数、ωは基本角周波数である。 In one embodiment of the present invention, when vector angle proportional integral control is performed, the calculation formula for the output mdq of the delay compensation part is mdq = mdq_RD or mdq = mdq_RD ·e jnTs·ω0 , where mdq_RD = mdq_R + mdq_D , Ts is the control period, n is the compensation coefficient, and ω0 is the fundamental angular frequency.

本発明の一実施形態では、ベクトル角比例共振制御を行う場合、デカップリング出力Mαβ_Dの計算式は次のとおりであり、
ここでLαとLβはそれぞれ静止座標系におけるα軸とβ軸の等価インダクタンス値であり、ωは基本角周波数である。
In one embodiment of the present invention, when vector angle proportional resonance control is performed, the calculation formula for the decoupling output M αβ_D is as follows:
Here, L α and L β are equivalent inductance values of the α-axis and β-axis in the stationary coordinate system, respectively, and ω 0 is the fundamental angular frequency.

本発明の一実施形態では、ベクトル角比例共振制御を行う場合、遅延補償部分の出力Mαβの計算式は次のとおりであり、
ここで、Mαβ_RD=Mαβ_R+Mαβ_Dであり、nは補償係数、Tは制御周期、ωは基本角周波数である。
In one embodiment of the present invention, when vector angle proportional resonance control is performed, the calculation formula for the output M αβ of the delay compensation part is as follows:
Here, M αβ_RD =M αβ_R +M αβ_D , n is a compensation coefficient, T s is a control period, and ω 0 is a fundamental angular frequency.

要約すると、本発明は、dq同期座標系における三相コンバータの制御を目的としており、既存の位相等化方式は、正側と負側の位相余裕を等化することしかできず、全体の位相余裕を増加させることはできない。本発明は、ベクトル角PI制御を提案し、これは、従来のPI制御を踏まえて、新しい制御自由度のベクトル角θを導入することにより、正の位相余裕と負の位相余裕の同時改善を実現することができ、それによって低キャリア比動作条件での安定余裕と動的性能を向上させ、有益な技術的効果を達成する。一方、キャリア比が低い場合、従来のPR制御では、三相非対称コンバータシステムの正側と負側の位相余裕は低く、不安定でさえある。本発明は、行列ベクトル角PR制御を提案し、これは、従来のPR制御を踏まえて、新しい制御自由度の差分ベクトル角θrpを導入することにより、特性軌跡の正の位相余裕と負の位相余裕の同時改善を実現することができ、それによって低キャリア比動作条件での安定余裕と動的性能を向上させ、有益な技術的効果を達成する。 In summary, the present invention aims at the control of three-phase converters in the dq synchronous coordinate system, and the existing phase equalization method can only equalize the positive and negative phase margins, but cannot increase the overall phase margin. The present invention proposes a vector angle PI control, which, based on the traditional PI control, can realize simultaneous improvement of the positive and negative phase margins by introducing a new control degree of freedom vector angle θ i, thereby improving the stability margin and dynamic performance under low carrier ratio operating conditions, and achieving beneficial technical effects. On the other hand, when the carrier ratio is low, in the traditional PR control, the positive and negative phase margins of the three-phase asymmetric converter system are low and even unstable. The present invention proposes a matrix vector angle PR control, which, based on the traditional PR control, can realize simultaneous improvement of the positive and negative phase margins of the characteristic trajectory by introducing a new control degree of freedom difference vector angle θ rp , thereby improving the stability margin and dynamic performance under low carrier ratio operating conditions, and achieving beneficial technical effects.

電力変換回路の概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a power conversion circuit. 本発明の第1の実施形態による全体制御ブロック図である。FIG. 2 is an overall control block diagram according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態による、微分位相補正共振制御を備えた制御ループのブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of a control loop with differential phase compensation resonance control according to a first embodiment of the present invention; 本発明の第1の実施形態による、制御ループの実数体における複素ベクトルの実装のブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of an implementation of a complex vector in the real field of a control loop according to a first embodiment of the present invention; 本発明の第1の実施形態によるベクトル角PIコントローラの両側周波数領域ボード線図である。FIG. 2 is a two-sided frequency domain Bode plot of a vector angle PI controller in accordance with a first embodiment of the present invention; 同期座標系における従来の方式と第1の実施形態の方式1の過渡電流波形図である。1 is a diagram showing transient current waveforms in a synchronous coordinate system according to a conventional method and method 1 of the first embodiment; 同期座標系における第1の実施形態の方式1と方式2の過渡電流波形図である。10A and 10B are diagrams showing transient current waveforms in the first and second modes of the first embodiment in a synchronous coordinate system. 本発明の第2の実施形態による全体制御ブロック図である。FIG. 11 is an overall control block diagram according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態による、行列ベクトル角比例共振制御を備えた制御ループのブロック図である。FIG. 4 is a block diagram of a control loop with matrix vector angle proportional resonant control according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態による行列ベクトル角PRコントローラの特性軌跡の両側周波数領域ボード線図である。FIG. 11 is a two-sided frequency domain Bode plot of the characteristic trajectory of a matrix vector angle PR controller in accordance with a second embodiment of the present invention. 従来の方式と第2の実施形態の方式の過渡電流波形図である。FIG. 13 is a diagram showing transient current waveforms in the conventional method and the method of the second embodiment.

図1は、電力変換回路の概略図であり、以下に説明する第1の実施形態及び第2の実施形態に適用可能である。図2~図7は、本発明の第1の実施形態によるベクトル角比例積分制御方法に関連する概略図である。図8~図10は、本発明の第2の実施形態によるベクトル角比例共振制御方法に関連する概略図である。 Figure 1 is a schematic diagram of a power conversion circuit, which is applicable to the first and second embodiments described below. Figures 2 to 7 are schematic diagrams related to a vector angle proportional integral control method according to a first embodiment of the present invention. Figures 8 to 10 are schematic diagrams related to a vector angle proportional resonant control method according to a second embodiment of the present invention.

本発明の第1の実施形態は、一般的な三相ブリッジインバータトポロジーの電流ループ制御を例にとる。三相電流をサンプリングして交流側電流i、i、iを取得し、そしてabc/dq座標変換により静止座標系の電流i、iを取得し、制御ループの入力とする。次に、制御ループによって静止座標系の変調波m、mを出力し、dq/abc座標変換により三相変調波m、m、mを取得し、それらを変調及び駆動モジュールにおいてキャリア波と比較し、駆動信号を生成してコンバータトポロジーを駆動して電気エネルギー変換を実現する。 The first embodiment of the present invention takes the current loop control of a general three-phase bridge inverter topology as an example. The three-phase current is sampled to obtain the AC side currents i a , i b , i c , and the currents i d , i q in the stationary coordinate system are obtained by abc/dq coordinate transformation, which are the input of the control loop. Then the control loop outputs the modulated waves m d , m q in the stationary coordinate system, and the three-phase modulated waves m a , mb , m c are obtained by dq/abc coordinate transformation, which are compared with the carrier wave in the modulation and driving module, and the driving signal is generated to drive the converter topology to realize electrical energy conversion.

本発明の第1の実施形態が提供するベクトル角比例積分制御方法は、位相等化部分、ベクトル角PI部分、及び遅延補償部分を含む。ここでは、複素ベクトルと複素伝達関数の表現式を使用する。静止座標系の電流サンプリング値idqを例として、複素ベクトルはidq=i+jiであり、ここでjは虚数単位であり、iとiはそれぞれd軸とq軸の電流値を表し、下付き文字にdqが含まれる残りの複素数ベクトルの定義は同じである。 The vector angle proportional integral control method provided by the first embodiment of the present invention includes a phase equalization part, a vector angle PI part, and a delay compensation part. Here, the expression of complex vector and complex transfer function is used. Take the current sampling value i dq in the stationary coordinate system as an example, the complex vector is i dq =i d +ji q , where j is the imaginary unit, i d and i q respectively represent the current values of the d-axis and q-axis, and the definition of the remaining complex vectors with subscripts dq is the same.

制御ループは、被制御対象から対応するidqをサンプリングし、変調波mdqを出力して被制御対象を制御する。本発明の第1の実施形態では、制御ループに対応するベクトル角に基づく比例積分制御方法のステップは次のとおりである。 The control loop samples the corresponding i dq from the controlled object, and outputs a modulated wave m dq to control the controlled object. In the first embodiment of the present invention, the steps of the proportional-integral control method based on the vector angle corresponding to the control loop are as follows:

1)被制御コンバータの各相の電流をサンプリングし、abc/dq座標変換により同期座標系の電流iとiを取得し、電流サンプリング値をidq=i+jiと定義し、ここで、iとiはそれぞれ同期座標系におけるd軸とq軸の電流値であり、idqは複素ベクトル、jは虚数単位である。 1) The current of each phase of the controlled converter is sampled, and the currents i d and i q in the synchronous coordinate system are obtained by abc/dq coordinate transformation. The current sampled value is defined as i dq = i d + ji q , where i d and i q are the current values of the d-axis and q-axis in the synchronous coordinate system, respectively, i dq is a complex vector, and j is an imaginary unit.

2)電流基準値idq_Rから電流サンプリング値idqを減算して、電流誤差値idq_Eを得る。 2) The current sampled value i dq is subtracted from the current reference value i dq_R to obtain a current error value i dq_E .

3)電流誤差idq_Eをidq_Bとして直接使用するか、又は位相等化部分の入力として使用し、計算によりidq_Bを取得し、位相等化部分の計算式は次のとおりであり、
dq_B=idq_E又はidq_B=idq_E・ejθb
ここで、θは位相等化角度であり、その値はゼロにすることも、通常は正側と負側の位相余裕の差の半分に設定して、両側の位相余裕を等化することもできる。
3) The current error i dq_E is directly used as i dq_B , or is used as the input of the phase equalization part, and i dq_B is obtained by calculation, and the calculation formula of the phase equalization part is as follows:
i dq_B = i dq_E or i dq_B = i dq_E・e jθb
where θ b is the phase equalization angle, whose value can be zero or, typically, set to half the difference between the positive and negative phase margins to equalize the phase margins on both sides.

4)等化後の電流誤差idq_Bをベクトル角PI部分の入力として、計算によりmdq_Rを取得し、ベクトル角PI部分の計算式は次のとおりであり、
dq_R=idq_B・(K+K・ejθi/s)
ここで、Kは比例係数、Kは積分係数、θは本実施形態で提案されたベクトル角、sはラプラス演算子である。
4) The equalized current error i dq_B is used as the input of the vector angle PI part, and m dq_R is obtained by calculation. The calculation formula for the vector angle PI part is as follows:
m dq_R = i dq_B・(K p +K i・e jθi /s)
Here, K p is a proportionality coefficient, K i is an integral coefficient, θ i is a vector angle proposed in this embodiment, and s is a Laplace operator.

5)電流サンプリング値idqをデカップリング部分の入力として、計算によりデカップリング出力mdq_Dを取得し、デカップリング部分の計算式は次のとおりであり、
dq_D=idq・jω
ここで、Lは交流側インダクタンス値、ωは基本角周波数である。
5) The current sampling value i dq is used as the input of the decoupling part, and the decoupling output m dq_D is obtained by calculation. The calculation formula of the decoupling part is as follows:
m dq_D = i dq・jω 0 L
Here, L is the AC side inductance value, and ω 0 is the fundamental angular frequency.

6)遅延補償部分の入力として、ベクトル角PIの出力mdq_Rとデカップリング出力mdq_Dを加算してmdq_RDを取得し、計算により制御ループの合計出力mdqを取得し、遅延補償部分の計算式は次のとおりであり、
dq=mdq_RD又はmdq=mdq_RD・ejnTs・ω0
ここで、Tは制御周期であり、nは補償係数で、標準値1.5、0、又は他の任意の値であってもよい。
6) As the input of the delay compensation part, the output m dq_R of the vector angle PI and the decoupling output m dq_D are added to obtain m dq_RD , and the total output m dq of the control loop is obtained by calculation. The calculation formula of the delay compensation part is as follows:
m dq = m dq_RD or m dq = m dq_RD・e jnTs・ω0
where Ts is the control period and n is a compensation factor, which may have a typical value of 1.5, 0, or any other value.

7)制御ループの合計出力mdqにdq/abc座標変換を行って三相変調波m、m、mを取得し、それらを変調及び駆動モジュールにおいてキャリア波と比較し、駆動信号を生成してコンバータトポロジーを駆動して電気エネルギー変換を実現する。 7) Perform dq/abc coordinate transformation on the sum output m dq of the control loop to obtain three-phase modulated waves m a , m b , and m c , which are compared with the carrier wave in the modulation and driving module, and the driving signal is generated to drive the converter topology to realize electrical energy conversion.

次に、実数体での上記の複素数ベクトルの実装について簡単に説明する。制御ループの表現式には、d軸とq軸の間のクロスカップリングを表す虚数単位jが含まれる。フィードバックデカップリング部分にはjが分子にある項ωLが含まれ、即ち、mdq_D=idq・jωLであり、実数体でのその実装方式は図4の(a)に示され、即ち、次のとおりであり、
d_D=-i・ωL、mq_D=i・ω
ここで、md_Dとmq_Dは、それぞれd軸とq軸のデカップリング出力を表す。また、ベクトル角PI部分、位相等化部分(idq_B=idq_E・ejθb)、遅延補償部分(mdq=mdq_RD・ejnTs・ω0)には指数関数が含まれる。上記の指数関数の一般的な形式ydq=udq・ejθを例にとると、実数体でのその実装方式は図4の(b)に示され、即ち、次のとおりであり、
=u・cosθ-u・sinθ、y=u・sinθ+u・cosθ
ここで、ydqとudqも前述の複素ベクトルの定義、即ち、y+jy=ydq、u+ju=udqを使用し、θは指数関数で位相を進めるために使用される角度を表す。
Next, we briefly explain the implementation of the above complex vector in the real number field. The control loop expression includes an imaginary unit j, which represents the cross-coupling between the d-axis and the q-axis. The feedback decoupling part includes a term ω 0 L with j in the numerator, i.e., m dq_D =i dq ·jω 0 L, and its implementation in the real number field is shown in FIG. 4(a), i.e.,
m d_D =-i q・ω 0 L, m q_D = i d・ω 0 L
Here, m d_D and m q_D respectively represent the decoupling outputs of the d-axis and q-axis. In addition, the vector angle PI part, the phase equalization part (i dq_B =i dq_E ·e jθb ), and the delay compensation part (m dq =m dq_RD ·e jnTs·ω0 ) include exponential functions. Taking the general form of the above exponential function y dq =u dq ·e as an example, its implementation in the real number field is shown in FIG. 4(b), that is, as follows:
y d = u d・cosθ−u q・sin θ, y q = u d・sin θ+u q・cos θ
Here, ydq and udq also use the definition of complex vectors given above, i.e., yd + jyq = ydq , ud + juq = udq , and θ represents the angle used to advance the phase with the exponential function.

以下に、本発明の第1の実施形態の適用例を示す。 The following is an example of application of the first embodiment of the present invention.

図1に示される三相電力変換回路の場合、一般的な制御方式は、三相電流をサンプリングして交流側電流i、i、iを取得し、そしてabc/dq座標変換により静止座標系の電流i、iを取得し、制御ループの入力とする。ここで、制御ループの具体的な実装プロセスは上記と同じであり、位相等化、PI、フィードバックデカップリング、及び遅延補償を含む。PI部分の場合、本実施形態で提案された追加のベクトル角制御自由度を有するベクトル角PIと比較し、従来の方式は次の式に対応する。
dq_R=idq_B・(K+K/s)
For the three-phase power conversion circuit shown in Fig. 1, the general control method is to sample the three-phase currents to obtain the AC side currents i a , i b , and i c , and then obtain the stationary coordinate system currents i d and i q through abc/dq coordinate transformation, which are the inputs of the control loop. Here, the specific implementation process of the control loop is the same as above, including phase equalization, PI, feedback decoupling, and delay compensation. For the PI part, compared with the vector angle PI with an additional vector angle control degree of freedom proposed in this embodiment, the traditional method corresponds to the following equation:
m dq_R = i dq_B・(K p +K i /s)

上記の制御ループの出力は、同期座標系の変調波m、mであり、dq/abc座標変換により三相変調波m、m、mを取得し、それらを変調及び駆動モジュールにおいてキャリア波と比較し、駆動信号を生成してコンバータトポロジーを駆動して電気エネルギー変換を実現する。 The output of the above control loop is the modulated waves md , mq in the synchronous coordinate system, and the three-phase modulated waves m a , mb , m c are obtained through dq/abc coordinate transformation, and compared with the carrier wave in the modulation and driving module to generate the driving signal to drive the converter topology to realize electrical energy conversion.

大容量コンバータに対応する低キャリア比動作条件で、dq同期座標系での三相コンバータの制御の場合、既存の位相等化方式は、正側と負側の位相余裕を等化することしかできず、全体の位相余裕を増加させることはできない。本実施形態は、従来の位相等化方式の欠点を考慮して、ベクトル角PIを提案し、これは、従来のPI制御を踏まえて、新しい制御自由度のベクトル角θを導入することにより、正の位相余裕と負の位相余裕の同時改善を実現することができ、それによって低キャリア比動作条件での安定余裕と動的性能を向上させ、具体的な分析は以下のとおりである。 In the case of the control of the three-phase converter in the dq synchronous coordinate system under the low carrier ratio operating condition corresponding to the large-capacity converter, the existing phase equalization method can only equalize the positive and negative phase margins, and cannot increase the overall phase margin. In consideration of the shortcomings of the conventional phase equalization method, this embodiment proposes the vector angle PI, which, based on the conventional PI control, can realize the simultaneous improvement of the positive phase margin and the negative phase margin by introducing the vector angle θ i of a new control degree of freedom, thereby improving the stability margin and dynamic performance under the low carrier ratio operating condition, and the specific analysis is as follows:

複素伝達関数を使用して、改良前後のPIコントローラを分析し、図5に示される両側周波数領域のボード線図を得た。この図において、θは本実施形態で提案されたベクトル角であり、その値は0°~90°の範囲であり、値が大きいほど極の右側の位相進み能力が強くなり、値が大きすぎると極の左側の帯域幅が減少することを考慮して、ここではθを妥協点の60°とした。本実施形態で提案されたベクトル角を適用した後、正の周波数帯域の位相遅れが大幅に減少し、対応する正端子の位相余裕が大幅に増加したことがわかる。負の周波数帯域の場合、クロスオーバー周波数を-10Hzより左側に設定すると、対応する負端子の位相余裕の減少は正端子の位相余裕の増加よりも小さくなり、更に-26Hzより左側に設定すると、対応する負端子の位相余裕もわずかに増加する。したがって、ベクトル角PIコントローラは、両側の位相余裕の合計を増加させる機能を実現することができる。 Using the complex transfer function, the PI controller before and after the improvement was analyzed, and the two-sided frequency domain Bode plots shown in FIG. 5 were obtained. In this figure, θ i is the vector angle proposed in this embodiment, whose value ranges from 0° to 90°. Considering that the larger the value, the stronger the phase lead ability on the right side of the pole, and the larger the value, the smaller the bandwidth on the left side of the pole, the compromise value of 60° is set here for θ i . After applying the vector angle proposed in this embodiment, it can be seen that the phase lag of the positive frequency band is greatly reduced, and the phase margin of the corresponding positive terminal is greatly increased. For the negative frequency band, when the crossover frequency is set to the left of −10 Hz, the reduction in the phase margin of the corresponding negative terminal is smaller than the increase in the phase margin of the positive terminal, and when it is further set to the left of −26 Hz, the phase margin of the corresponding negative terminal also increases slightly. Therefore, the vector angle PI controller can realize the function of increasing the sum of the phase margins on both sides.

次に、従来の方式と本実施形態の方式の時間領域比較分析を行った。パラメータ設定では、周波数キャリア比を5、帯域幅fを60Hz、比例係数Kを2πfL、積分係数Kをπf/2とした。従来の方式では、ベクトル角θと位相等化角度θは両方とも0°であり、本実施形態の方式1及び方式2では、ベクトル角θは両方とも60°であり、位相等化角度θは方式1では依然として0であり、方式2では両側位相余裕を等化するために41.7°が選択され、即ち、方式1はidq_B=idq_Eに対応し、方式2はidq_B=idq_E・ejθbに対応する。 Next, a time domain comparison analysis is performed between the conventional method and the method of this embodiment. In the parameter settings, the frequency carrier ratio is 5, the bandwidth f c is 60Hz, the proportional coefficient K p is 2πf c L, and the integral coefficient K i is πf c K p /2. In the conventional method, the vector angle θ i and the phase equalization angle θ b are both 0°, and in the method 1 and method 2 of this embodiment, the vector angle θ i are both 60°, and the phase equalization angle θ b is still 0 in method 1, and 41.7° is selected in method 2 to equalize the two-sided phase margin, that is, method 1 corresponds to i dq_B = i dq_E , and method 2 corresponds to i dq_B = i dq_E ·e jθb .

従来の方式と本実施形態の方式1を比較すると、図6に示されるように、有効電流指令が0.03秒で0puから1puにジャンプするとき、従来のPIコントローラの電流応答は発散し、不安定になるが、ベクトル角PIコントローラの電流応答はほぼ臨界安定性を達成することができる。 Comparing the conventional method with method 1 of this embodiment, as shown in Figure 6, when the active current command jumps from 0 pu to 1 pu in 0.03 seconds, the current response of the conventional PI controller diverges and becomes unstable, while the current response of the vector angle PI controller can achieve nearly critical stability.

本実施形態の方式1と本実施形態の方式2を更に比較すると、図7に示されるように、ベクトル角PIコントローラは、周波数キャリア比が5で、設計帯域幅が60Hzであるという条件で、電流ループを不安定な状態から、位相余裕が45°に近く、過渡調整時間が約0.03sに大幅に短縮された状態に補正する。 Further comparing method 1 of this embodiment with method 2 of this embodiment, as shown in FIG. 7, the vector angle PI controller corrects the current loop from an unstable state to a state where the phase margin is close to 45° and the transient adjustment time is significantly reduced to about 0.03 s under the condition that the frequency carrier ratio is 5 and the design bandwidth is 60 Hz.

したがって、ベクトル角に基づく比例積分制御により、大容量コンバータの低キャリア比動作条件下でコンバータの安定余裕と動的性能を向上させることができ、有益な技術的効果を達成した。 Therefore, the vector angle-based proportional-integral control can improve the stability margin and dynamic performance of the converter under low carrier ratio operating conditions of large-capacity converters, achieving beneficial technical effects.

本発明の第2の実施形態は、一般的な三相ブリッジインバータトポロジーの電流ループ制御を例にとる。三相電流をサンプリングして交流側電流i、i、iを取得し、そしてαβ/abc座標変換により静止座標系の電流iα、iβを取得し、制御ループの入力とする。次に、制御ループによって静止座標系の変調波mα、mβを出力し、αβ/abc座標変換により三相変調波m、m、mを取得し、それらを変調及び駆動モジュールにおいてキャリア波と比較し、駆動信号を生成してコンバータトポロジーを駆動して電気エネルギー変換を実現する。 The second embodiment of the present invention takes the current loop control of a general three-phase bridge inverter topology as an example. The three-phase current is sampled to obtain the AC side currents i a , i b , and i c , and the currents i α and i β in the stationary coordinate system are obtained through αβ/abc coordinate transformation, which are input to the control loop. Then the control loop outputs the modulated waves m α and m β in the stationary coordinate system, and the three-phase modulated waves m a , mb , and m c are obtained through αβ/abc coordinate transformation, which are compared with the carrier wave in the modulation and driving module, and the driving signal is generated to drive the converter topology to realize electrical energy conversion.

本発明の第2の実施形態が提供するベクトル角比例共振制御方法は、行列ベクトル角PR部分、フィードバックデカップリング部分、及び遅延補償部分を含む。ここでは、行列及び伝達関数行列の表現式を使用し、この表現式の演算は行列の演算規則に従う。制御ループは、被制御対象から対応するIαβをサンプリングし、変調波Mαβを出力して被制御対象を制御する。 The vector angle proportional resonance control method provided by the second embodiment of the present invention includes a matrix vector angle PR part, a feedback decoupling part, and a delay compensation part. Here, the expression of a matrix and a transfer function matrix is used, and the operation of this expression follows the operation rules of a matrix. The control loop samples the corresponding I αβ from the controlled object, and outputs a modulated wave M αβ to control the controlled object.

本発明の第2の実施形態では、制御ループに対応する行列ベクトル角に基づく比例共振制御方法のステップは次のとおりである。 In a second embodiment of the present invention, the steps of a proportional resonance control method based on a matrix vector angle corresponding to a control loop are as follows:

1)被制御コンバータの各相の電流をサンプリングし、abc/αβ座標変換により静止座標系の電流iαとiβを取得し、電流サンプリング値をIαβ=[iα βと定義し、ここで、iαとiβはそれぞれ静止座標系におけるα軸とβ軸の電流値であり、Iαβは二次元列ベクトル、上付き文字Tは転置である。 1) The current of each phase of the controlled converter is sampled, and the currents and in the stationary coordinate system are obtained by abc/αβ coordinate transformation. The current sampled value is defined as Iαβ = [ iαiβ ] T , where and are the current values of the α- axis and β-axis in the stationary coordinate system, respectively, Iαβ is a two-dimensional column vector, and the superscript T is the transpose.

2)電流基準値Iαβ_Rから電流サンプリング値Iαβを減算して、電流誤差値Iαβ_Eを得る。 2) The current sampled value I αβ is subtracted from the current reference value I αβ_R to obtain a current error value I αβ_E .

3)電流誤差Iαβ_Eを行列ベクトル角PR部分の入力として、計算によりMαβ_Rを取得し、行列ベクトル角PR部分の計算式は次のとおりであり、
ここで、KpαとKpβはそれぞれ静止座標系におけるα軸とβ軸の比例係数であり、KrαとKrβはそれぞれ静止座標系におけるα軸とβ軸の共振係数であり、θrpは、本発明の第2の実施形態で提案された差分ベクトル角であり、ωは基本角周波数であり、sはラプラス演算子である。
3) The current error I αβ_E is used as the input of the matrix vector angle PR part, and M αβ_R is obtained by calculation. The calculation formula for the matrix vector angle PR part is as follows:
where Kpα and Kpβ are respectively proportional coefficients of the α-axis and the β-axis in the stationary coordinate system, Krα and Krβ are respectively resonance coefficients of the α-axis and the β-axis in the stationary coordinate system, θrp is the differential vector angle proposed in the second embodiment of the present invention, ω0 is the fundamental angular frequency, and s is the Laplace operator.

4)電流サンプリング値Iαβをデカップリング部分の入力として、計算によりデカップリング出力Mαβ_Dを取得し、デカップリング部分の計算式は次のとおりであり、
ここでLαとLβはそれぞれ静止座標系におけるα軸とβ軸の等価インダクタンス値である。
4) The current sampling value I αβ is used as the input of the decoupling part, and the decoupling output M αβ_D is obtained by calculation. The calculation formula of the decoupling part is as follows:
Here, L α and L β are the equivalent inductance values of the α-axis and β-axis in the stationary coordinate system, respectively.

5)遅延補償部分の入力として、行列ベクトル角PRの出力Mαβ_Rとデカップリング出力Mαβ_Dを加算してMαβ_RDを取得し、計算により制御ループの合計出力Mαβを取得し、遅延補償部分の計算式は次のとおりであり、
ここで、Tは制御周期であり、nは補償係数で、標準値1.5、0、又は他の任意の値であってもよい。
5) As the input of the delay compensation part, the output M αβ_R of the matrix vector angle PR and the decoupling output M αβ_D are added to obtain M αβ_RD , and the total output M αβ of the control loop is obtained by calculation. The calculation formula of the delay compensation part is as follows:
where Ts is the control period and n is a compensation factor, which may have a typical value of 1.5, 0, or any other value.

6)制御ループの合計出力Mαβにαβ/abc座標変換を行って三相変調波m、m、mを取得し、それらを変調及び駆動モジュールにおいてキャリア波と比較し、駆動信号を生成してコンバータトポロジーを駆動して電気エネルギー変換を実現する。 6) Perform αβ/abc coordinate transformation on the total output M αβ of the control loop to obtain three-phase modulated waves m a , m b , and m c , which are compared with the carrier wave in the modulation and driving module, and driving signals are generated to drive the converter topology to realize electrical energy conversion.

以下に、本発明の第2の実施形態の適用例を示す。 The following is an example of application of the second embodiment of the present invention.

図1に示される三相電力変換回路の場合、一般的な制御方式は、三相電流をサンプリングして交流側電流i、i、iを取得し、そしてabc/αβ座標変換により静止座標系の電流iα、iβを取得し、制御ループの入力とする。ここで、制御ループの具体的な実装プロセスは上記と同じであり、PR、フィードバックデカップリング、及び遅延補償を含む。PR部分の場合、本発明の第2の実施形態で提案された追加の差分ベクトル角制御自由度を有する行列ベクトル角PRと比較し、従来の方式は次の式に対応する。
For the three-phase power conversion circuit shown in Fig. 1, the general control method is to sample the three-phase currents to obtain the AC side currents i a , i b , and i c , and then obtain the currents i α and i β in the stationary coordinate system through abc/αβ coordinate transformation, which are the inputs of the control loop. Here, the specific implementation process of the control loop is the same as above, including PR, feedback decoupling, and delay compensation. For the PR part, compared with the matrix vector angle PR with an additional difference vector angle control degree of freedom proposed in the second embodiment of the present invention, the traditional method corresponds to the following equation:

上記の制御ループの出力は、静止座標系の変調波mα、mβであり、αβ/abc座標変換により三相変調波m、m、mを取得し、それらを変調及び駆動モジュールにおいてキャリア波と比較し、駆動信号を生成してコンバータトポロジーを駆動して電気エネルギー変換を実現する。 The output of the above control loop is the modulated waves m α , m β in the stationary coordinate system, and the three-phase modulated waves m a , m b , m c are obtained through αβ/abc coordinate transformation, and compared with the carrier wave in the modulation and driving module to generate the driving signal to drive the converter topology to realize electrical energy conversion.

大容量コンバータに対応する低キャリア比動作条件で、αβ静止座標系での三相コンバータの制御の場合、従来のPR制御では、システムの正側と負側の位相余裕は低く、不安定でさえある。本発明の第2の実施形態は、従来のPR制御方式の欠点を考慮して、行列ベクトル角PRを提案し、即ち、従来のPRを踏まえて、新しい制御自由度の差分ベクトル角θrpを導入することにより、特性軌跡の正の位相余裕と負の位相余裕の同時改善を実現することができ、それによって低キャリア比動作条件での安定余裕と動的性能を向上させ、具体的な分析は以下のとおりである。 In the case of the control of the three-phase converter in the αβ stationary coordinate system under the low carrier ratio operating condition corresponding to the large-capacity converter, in the traditional PR control, the positive and negative phase margins of the system are low, and even unstable. In the second embodiment of the present invention, in consideration of the shortcomings of the traditional PR control method, the matrix vector angle PR is proposed, that is, based on the traditional PR, the difference vector angle θ rp of the new control degree of freedom is introduced, which can realize the simultaneous improvement of the positive phase margin and the negative phase margin of the characteristic trajectory, thereby improving the stability margin and dynamic performance under the low carrier ratio operating condition, and the specific analysis is as follows:

伝達関数行列及び特性軌跡分析などの数学ツールを使用して、改良前後のPRコントローラを分析し、図10に示される両側周波数領域のボード線図を得た。この図において、点線は従来の方式を表し、実線は、本発明の第2の実施形態で提案された方式を表し、θrpは、本発明の第2の実施形態で提案された差分ベクトル角であり、その値は-90°~0°の範囲であり、値が-90°に近いほど、特性軌跡の振幅-周波数特性が歪みやすく、システムが不安定になりやすく、0°に近いほど、特性軌跡の位相余裕の改善効果が顕著でなくなるため、ここでは、θrpを妥協点の-60°とした。本発明の第2の実施形態で提案された行列ベクトル角PRを適用した後、負の周波数帯域の位相余裕は-4.2°から30.7°に増加し、正の周波数帯域の位相余裕は19.9°から27.5°に増加したことが分かる。したがって、行列ベクトル角PRコントローラは、正側と負側の位相余裕を増加させる機能を実現することができる。 Using mathematical tools such as transfer function matrix and characteristic trajectory analysis, the PR controller before and after the improvement was analyzed, and the Bode plots in the two-sided frequency domain shown in FIG. 10 were obtained. In this figure, the dotted line represents the conventional method, and the solid line represents the method proposed in the second embodiment of the present invention, and θ rp is the difference vector angle proposed in the second embodiment of the present invention, whose value ranges from -90° to 0°. The closer the value is to -90°, the more likely the amplitude-frequency characteristic of the characteristic trajectory is to be distorted, and the more likely the system is to become unstable, and the closer the value is to 0°, the less significant the effect of improving the phase margin of the characteristic trajectory is. Therefore, θ rp is set to a compromise value of -60°. It can be seen that after applying the matrix vector angle PR proposed in the second embodiment of the present invention, the phase margin of the negative frequency band increases from -4.2° to 30.7°, and the phase margin of the positive frequency band increases from 19.9° to 27.5°. Therefore, the matrix vector angle PR controller can realize the function of increasing the phase margin on the positive and negative sides.

次に、従来の方式と本発明の第2の実施形態の方式の時間領域比較分析を行った。パラメータ設定では、周波数キャリア比を7、帯域幅fを50Hz、比例係数Kpαを2πfα、Kpβを2πfβ、共振係数KrαをKpαω/4、KrβをKpβω/4とした。従来の方式では、差分ベクトル角θrpは0°であり、本発明の第2の実施形態の方式では、差分ベクトル角θrpは-60°である。 Next, a time domain comparison analysis was performed between the conventional method and the method of the second embodiment of the present invention. The parameters were set as follows: frequency carrier ratio 7, bandwidth f c 50 Hz, proportional coefficient K 2πf c L α , K 2πf c L β , resonance coefficient K K ω c /4, K K ω c /4. In the conventional method, the differential vector angle θ rp is 0°, and in the method of the second embodiment of the present invention, the differential vector angle θ rp is -60°.

従来の方式と本発明の第2の実施形態の方式を比較すると、図11に示されるように、有効電流指令が0.1秒で0puから1puにジャンプするとき、従来の方式では、電流応答は何度も振動した後に徐々に発散するが、本発明の第2の実施形態の方式では電流応答は急速に収束する。 Comparing the conventional method with the method of the second embodiment of the present invention, as shown in Figure 11, when the active current command jumps from 0 pu to 1 pu in 0.1 seconds, in the conventional method, the current response oscillates many times and then gradually diverges, whereas in the method of the second embodiment of the present invention, the current response converges quickly.

したがって、行列ベクトル角に基づく比例共振制御により、大容量コンバータの低キャリア比動作条件下でコンバータの安定余裕と動的性能を向上させることができ、有益な技術的効果を達成した。 Therefore, the proportional resonant control based on matrix vector angle can improve the stability margin and dynamic performance of the converter under low carrier ratio operating conditions of large-capacity converters, achieving beneficial technical effects.

本発明は、上記の特定の実施形態に限定されるものではなく、当業者は、本発明に開示された内容に従って、フィードバックデカップリング部分をフィードフォワードデカップリングに置き換えたり、2レベルコンバータトポロジーを3レベルトポロジーに置き換えたりするなど、様々な他の実施形態を採用することができる。したがって、特許請求の範囲は、本発明の真の精神及び範囲内のすべての変更をカバーすることを意図している。 The present invention is not limited to the above specific embodiments, and those skilled in the art can adopt various other embodiments, such as replacing the feedback decoupling part with a feedforward decoupling, replacing the two-level converter topology with a three-level topology, etc., according to the contents disclosed in the present invention. Therefore, the claims are intended to cover all modifications within the true spirit and scope of the present invention.

Claims (4)

三相コンバータの三相ブリッジインバータを、ベクトル角比例積分制御又はベクトル角比例共振制御するために用いられるベクトル角制御方法であって、
被制御対象の前記三相コンバータの各相の電流をサンプリングするステップであって、ベクトル角比例積分制御を行う場合、abc/dq座標変換により同期座標系の電流iとiを取得し、電流サンプリング値の複素ベクトル表現式をidq=i+jiと定義し、ここで、iとiはそれぞれ同期座標系におけるd軸とq軸の電流値であり、jは虚数単位であり、ベクトル角比例共振制御を行う場合、abc/αβ座標変換により静止座標系の電流iα、iβを取得し、電流サンプリング値の二次元列ベクトル表現式をIαβ=[iα βと定義し、ここで、iαとiβはそれぞれ静止座標系におけるα軸とβ軸の電流値であり、上付き文字Tは転置である、ステップと、
電流基準値から電流サンプリング値を減算して、電流誤差値を得るステップと、
電流誤差値をベクトル角比例積分部分又はベクトル角比例共振部分の入力として、計算により対応するベクトル角比例積分部分又はベクトル角比例共振部分の出力を取得するステップであって、ベクトル角比例積分制御を行う場合、ベクトル角比例積分部分の出力mdq_Rの計算式は、mdq_R=idq_E・(K+K・ejθi/s)であり、ここで、Kは比例係数、Kは積分係数、θはベクトル角、sはラプラス演算子、jは虚数単位、idq_Eは電流誤差値であり、ベクトル角比例共振制御を行う場合、ベクトル角比例共振制御の出力Mαβ_Rの計算式は次のとおりであり、
ここで、KpαとKpβはそれぞれ静止座標系におけるα軸とβ軸の比例係数であり、KrαとKrβはそれぞれ静止座標系におけるα軸とβ軸の共振係数であり、ωは基本角周波数であり、sはラプラス演算子であり、θrpは差分ベクトル角で、その値は-90°と0°の間の所定の値であり、Iαβ_Eは電流誤差値である、ステップと、
電流サンプリング値をデカップリング部分の入力として、計算によりデカップリング出力を得るステップと、
クトル角比例積分部分又はベクトル角比例共振部分の出力とデカップリング出力を加算して遅延補償部分に入力し、遅延補償部分の出力を制御ループの合計出力とするステップであって、ベクトル角比例積分制御を行う場合、遅延補償部分の出力m dq の計算式はm dq =m dq_RD 又はm dq =m dq_RD ・e jnTs・ω0 であり、ここで、m dq_RD =m dq_R +m dq_D であり、T は制御周期、nは補償係数、ω は基本角周波数、m dq_D はデカップリング出力であり、ベクトル角比例共振制御を行う場合、遅延補償部分の出力M αβ の計算式は次のとおりであり、
ここで、M αβ_RD =M αβ_R +M αβ_D であり、nは補償係数、T は制御周期、ω は基本角周波数、M αβ_D はデカップリング出力である、ステップと
制御ループの合計出力に対応するdq/abc座標又はαβ/abc座標変換を行って三相変調波を取得し、それを変調及び駆動モジュールにおいてキャリア波と比較し、駆動信号を生成して前記三相コンバータの三相ブリッジインバータを駆動して電気エネルギー変換を実現するステップとを含む、ことを特徴とするベクトル角制御方法。
1. A vector angle control method for performing vector angle proportional integral control or vector angle proportional resonant control on a three-phase bridge inverter of a three-phase converter , comprising:
a step of sampling currents of each phase of the three-phase converter to be controlled, in which, when vector angle proportional integral control is performed, currents i d and i q in a synchronous coordinate system are obtained by abc/dq coordinate transformation, and a complex vector expression of the current sampling value is defined as i dq =i d +ji q , where i d and i q are the d-axis and q-axis current values in the synchronous coordinate system, respectively, and j is an imaginary unit, and when vector angle proportional resonant control is performed, currents i α , i β in a stationary coordinate system are obtained by abc/αβ coordinate transformation, and a two-dimensional column vector expression of the current sampling value is defined as I αβ =[i α i β ] T , where i α and i β are the α-axis and β-axis current values in the stationary coordinate system, respectively, and the superscript T is a transpose;
subtracting the current sampled value from the current reference value to obtain a current error value;
a step of obtaining an output of the vector angle proportional integral part or the vector angle proportional resonance part by calculation using the current error value as an input of the vector angle proportional integral part or the vector angle proportional resonance part; when performing vector angle proportional integral control, the calculation formula for the output m dq_R of the vector angle proportional integral part is m dq_R = i dq_E · (K p + K i · e jθi /s), where K p is a proportionality coefficient, K i is an integral coefficient, θ i is a vector angle, s is a Laplace operator, j is an imaginary unit, and i dq_E is a current error value; when performing vector angle proportional resonance control, the calculation formula for the output M αβ_R of the vector angle proportional resonance control is as follows:
where Kpα and Kpβ are proportional coefficients of the α-axis and β-axis in the stationary coordinate system, Krα and Krβ are resonance coefficients of the α-axis and β-axis in the stationary coordinate system, ω0 is the fundamental angular frequency, s is the Laplace operator, θrp is the difference vector angle, the value of which is a predetermined value between −90° and 0°, and Iαβ_E is the current error value; and
The current sampling value is used as an input of the decoupling part to obtain a decoupling output by calculation;
A step of adding the output of the vector angle proportional integral part or the vector angle proportional resonance part and the decoupling output and inputting the sum to the delay compensation part, and making the output of the delay compensation part the total output of the control loop . When vector angle proportional integral control is performed, the calculation formula for the output m dq of the delay compensation part is m dq = m dq_RD or m dq = m dq_RD ·e jnTs·ω0 , where m dq_RD = m dq_R + m dq_D , T s is the control period, n is the compensation coefficient, ω 0 is the fundamental angular frequency, and m dq_D is the decoupling output. When vector angle proportional resonance control is performed, the calculation formula for the output M αβ of the delay compensation part is as follows:
Here, Mαβ_RD = Mαβ_R + Mαβ_D , n is the compensation coefficient, Ts is the control period, ω0 is the fundamental angular frequency, and Mαβ_D is the decoupling output. Step and
performing dq/abc coordinate or αβ/abc coordinate transformation corresponding to a total output of the control loop to obtain a three-phase modulated wave, and comparing it with a carrier wave in a modulation and driving module to generate a driving signal to drive a three - phase bridge inverter of the three-phase converter to realize electrical energy conversion.
ベクトル角比例積分制御を行う場合、電流誤差値をベクトル角比例積分部分の入力として、計算によりベクトル角比例積分部分の出力を取得する前に、位相等化部分の処理も含まれ、これは、位相等化角度を導入して電流誤差idq_Eを等化し、次に等化された電流誤差をベクトル角比例積分部分の入力として、計算によりベクトル角比例積分部分の出力mdq_Rを取得し、ベクトル角比例積分部分の出力mdq_Rの計算式はmdq_R=idq_B・(K+Ki1・ejθi/s)であり、ここで、idq_B=idq_E・ejθbであり、θは位相等化角度であり、idq_Bは位相等化結果である、ことを特徴とする請求項1に記載のベクトル角制御方法。 2. The vector angle control method according to claim 1, wherein when performing vector angle proportional integral control, a phase equalization part is also included before the current error value is used as an input of the vector angle proportional integral part to obtain the output of the vector angle proportional integral part through calculation, in which a phase equalization angle is introduced to equalize the current error i dq_E , and then the equalized current error is used as an input of the vector angle proportional integral part to obtain the output m dq_R of the vector angle proportional integral part through calculation, and the calculation formula for the output m dq_R of the vector angle proportional integral part is m dq_R = i dq_B · (K p + K i1 · e jθi /s), in which i dq_B = i dq_E · e jθb , θ b is the phase equalization angle, and i dq_B is the phase equalization result. ベクトル角比例積分制御を行う場合、デカップリング出力mdq_Dの計算式はmdq_D=idq・jωLであり、ここで、Lは交流側インダクタンス値であり、ωは基本角周波数である、ことを特徴とする請求項1に記載のベクトル角制御方法。 The vector angle control method according to claim 1, characterized in that, when performing vector angle proportional integral control, the calculation formula of the decoupling output m dq_D is m dq_D = i dq · jω 0 L, where L is the AC side inductance value, and ω 0 is the fundamental angular frequency. ベクトル角比例共振制御を行う場合、デカップリング出力Mαβ_Dの計算式は次のとおりであり、
ここでLαとLβはそれぞれ静止座標系におけるα軸とβ軸の等価インダクタンス値であり、ωは基本角周波数である、ことを特徴とする請求項1に記載のベクトル角制御方法。
When vector angle proportional resonance control is performed, the calculation formula for the decoupling output M αβ_D is as follows:
2. The vector angle control method according to claim 1, wherein and are equivalent inductance values of the α-axis and β-axis in the stationary coordinate system, respectively, and ω0 is a fundamental angular frequency.
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