周 堃，柳軼彬，梁得亮，蔡生亮，張立石，吳子豪

（1.電力設(shè)備電氣絕緣國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安交通大學(xué)，陜西省西安市 710049；2.陜西省智能電網(wǎng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安交通大學(xué)，陜西省西安市 710049；3.西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院，陜西省西安市 710049；4.國(guó)網(wǎng)陜西省電力公司電力科學(xué)研究院，陜西省西安市 710100）

0 引言

電能質(zhì)量問(wèn)題在配電網(wǎng)中長(zhǎng)期存在，傳統(tǒng)配電變壓器只能完成電能傳輸、電壓等級(jí)變換等基本功能。近年來(lái)，一種新型配電變壓器——混合式配電變壓器（hybrid distribution transformer，HDT）被廣泛關(guān)注。相對(duì)于傳統(tǒng)變壓器，HDT不僅能夠具備傳統(tǒng)變壓器的功能，而且還能夠借助共用一條直流母線的背靠背變流器調(diào)節(jié)電網(wǎng)電流，并穩(wěn)定負(fù)載電壓［1-7］。

在HDT中，直流母線電壓的穩(wěn)定控制對(duì)于保證整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行至關(guān)重要。具體來(lái)講，直流母線電容連接著電流補(bǔ)償和電壓補(bǔ)償2個(gè)變換器。在負(fù)載突變或不對(duì)稱、電網(wǎng)電壓波動(dòng)或不對(duì)稱等特殊工況下，直流母線電壓會(huì)發(fā)生波動(dòng)。當(dāng)突變工況過(guò)于嚴(yán)重時(shí)，甚至?xí)l(fā)生掉電，進(jìn)而使系統(tǒng)電流及電壓補(bǔ)償效果受到嚴(yán)重影響，甚至導(dǎo)致HDT出現(xiàn)故障。

HDT作為一種新型配電變壓器，近年相關(guān)研究較少，但針對(duì)直流母線電壓控制在其他系統(tǒng)中的研究也有指導(dǎo)意義。目前，針對(duì)諧波、無(wú)功電流補(bǔ)償與電壓暫降、驟升補(bǔ)償?shù)难b置如有源電力濾波器（active power filter，APF）、靜止同步補(bǔ)償器（static synchronous compensator，STATCOM）、動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（dynamic voltage restorer，DVR）及統(tǒng)一電能質(zhì) 量 調(diào) 節(jié) 器（unified power quality conditioner，UPQC）等系統(tǒng)，其直流母線電壓控制策略多采用比例-積分（PI）控制。PI控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但對(duì)于不同工況，需要相應(yīng)調(diào)整PI參數(shù)，才能達(dá)到理想的控制效果，不利于工程實(shí)際應(yīng)用。為此，文獻(xiàn)［8］提出使用 分 數(shù) 階 次 的PIλDμ控 制UPQC的 母 線 電 壓，但 同樣存在參數(shù)整定復(fù)雜的問(wèn)題，且實(shí)現(xiàn)上較為復(fù)雜；文獻(xiàn)［9］提出在UPQC直流母線電壓控制上使用滑?？刂破饕种仆饨绺蓴_，提高電源電壓跌落過(guò)程中UPQC的魯棒性，但自身的抖振無(wú)法消除。此外，文獻(xiàn)［10］提出一種應(yīng)用于DC-DC雙向變流器直流母線電壓控制系統(tǒng)的非線性干擾觀測(cè)器，針對(duì)可以預(yù)見(jiàn)的擾動(dòng)進(jìn)行觀測(cè)并前饋控制，但對(duì)于未知的擾動(dòng)無(wú)法估計(jì)。還有很多學(xué)者提出使用先進(jìn)控制方法來(lái)優(yōu)化直流母線電壓控制效果的策略：文獻(xiàn)［11］提出了一種新的控制策略，以解決APF傳統(tǒng)的PI控制器直流母線電壓的超調(diào)量大、整定時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題；文獻(xiàn)［12］為了減小APF直流母線電壓波動(dòng)帶來(lái)的影響，設(shè)計(jì)了自適應(yīng)可變幅值限制的策略；文獻(xiàn)［13］針對(duì)并網(wǎng)DC/AC變流器直流母線電壓控制，提出了一種精確估計(jì)直流母線電壓雙頻紋波的方法，并將其從電壓控制回路中去除；文獻(xiàn)［14］為解決采用傳統(tǒng)電壓/電流雙環(huán)控制的電壓源型逆變器在負(fù)載投切時(shí)輸出電壓波動(dòng)的問(wèn)題，提出了一種基于擾動(dòng)觀測(cè)器的負(fù)載電流前饋控制方法；文獻(xiàn)［15］提出了一種基于布谷鳥(niǎo)搜索算法（cuckoo search algorithm，CSA）的神經(jīng)模糊控制器（neuro fuzzy controller，NFC）來(lái)提高風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)UPQC的性能，以減輕電壓暫降。文獻(xiàn)［16］在結(jié)構(gòu)上提出改進(jìn)方法，引入了一個(gè)與并聯(lián)濾波器的濾波電感串聯(lián)的小電容，同時(shí)通過(guò)降低直流母線電壓額定值的方式來(lái)抑制電壓諧波和電流諧波，但對(duì)于如何選取合適的直流母線電壓額定值沒(méi)有深入研究。以上所述策略都存在算法復(fù)雜、不便于工程實(shí)際應(yīng)用的問(wèn)題。

為此，本文首先對(duì)HDT的模型進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模，并對(duì)系統(tǒng)的擾動(dòng)變量進(jìn)行了分析。然后，根據(jù)模型設(shè)計(jì)了基于非線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器（nonlinear extended state observer，NLESO）［17-19］的HDT直 流母線電壓控制策略，并對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行了分析。相比傳統(tǒng)PI控制策略，該策略借助ESO觀測(cè)系統(tǒng)已知與未知的總擾動(dòng)，然后進(jìn)行前饋控制，從而提高直流母線電壓的響應(yīng)速度與抗擾性。與前文提到的其他控制策略相比，該策略所需要采集的信號(hào)數(shù)量少，算法簡(jiǎn)單，參數(shù)整定容易，便于實(shí)際應(yīng)用。

1 HDT的數(shù)學(xué)模型分析

首先，對(duì)HDT的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析［2-3，7］，HDT整體結(jié)構(gòu)見(jiàn)附錄A圖A1。由于HDT三相對(duì)稱，因此以單相HDT的結(jié)構(gòu)示意，如圖1所示，其中：x＝a，b，c；usx、u1x、u2x、u3x、u4x、u5x分別為電網(wǎng)側(cè)和一、二、三、四、五次側(cè)的電壓；isx、i1x、i2x、i3x、i4x、i5x分別為電網(wǎng)側(cè)和一、二、三、四、五次側(cè)的電流；一、二、三次側(cè)構(gòu)成電流補(bǔ)償部分，CV1為電流補(bǔ)償變流器，四、五次側(cè)構(gòu)成電壓補(bǔ)償部分，CV2為電壓補(bǔ)償變流器；C為直流側(cè)母線電容；udc為直流母線電壓；L為變流器與變壓器之間的連接電感。

圖1 單相HDT拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.1 Topology of single-phase HDT

首先，對(duì)變壓器側(cè)進(jìn)行建模，根據(jù)基爾霍夫定律和磁勢(shì)平衡原理，得到變壓器側(cè)的電流和電壓公式如下：

式中：K13為變壓器一、三次側(cè)繞組匝數(shù)比；K12為變壓器一、二次側(cè)繞組匝數(shù)比；K45為變壓器四、五次側(cè)繞組匝數(shù)比。

CV1補(bǔ)償電網(wǎng)側(cè)電流，同時(shí)通過(guò)三次側(cè)為直流母線上電，構(gòu)成系統(tǒng)中的電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)；CV2通過(guò)磁勢(shì)平衡原理補(bǔ)償負(fù)載電壓，構(gòu)成電壓環(huán)［2-3，7］。變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示，其中：idc1為電流補(bǔ)償母線所提供的電流；idc2為電壓補(bǔ)償母線所提供的電流。

圖2 變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.2 Topology of converter

同時(shí)，由圖2根據(jù)能量守恒定理推導(dǎo)直流側(cè)模型，忽略開(kāi)關(guān)損耗、電感損耗，即變流器交流側(cè)功率等于直流側(cè)功率，直接在dq坐標(biāo)系下得到變流器側(cè)的表達(dá)式：

式中：u3d、u3q分別為u3x轉(zhuǎn)換到dq坐標(biāo)系下的d軸、q軸分量；i3d、i3q分別為i3x轉(zhuǎn)換到dq坐標(biāo)系下的d軸、q軸 分 量；u5d、u5q分 別 為u5x轉(zhuǎn) 換 到dq坐 標(biāo) 系 下 的d軸、q軸分量；i5d、i5q分別為i5x轉(zhuǎn)換到dq坐標(biāo)系下的d軸、q軸分量。

將式（1）轉(zhuǎn)換到dq坐標(biāo)系下，與式（2）和式（3）一起代入式（4），得到：

式中：usd、usq分別為usx轉(zhuǎn)換到dq坐標(biāo)系下的d軸、q軸 分 量；u1d、u1q分 別 為u1x轉(zhuǎn) 換 到dq坐 標(biāo) 系 下 的d軸、q軸分量；isd、isq分別為isx轉(zhuǎn)換到dq坐標(biāo)系下的d軸、q軸分量；i2d、i2q分別為i2x轉(zhuǎn)換到dq坐標(biāo)系下的d軸、q軸分量。

在考慮電容容值不準(zhǔn)確、電路損耗以及其他未知擾動(dòng)后，可以得到母線電壓的最終表達(dá)式：

式中：ΔC為電容變化量；ε為電路損耗及未知擾動(dòng)。

從式（6）可以看出，在運(yùn)行過(guò)程中，電容可能會(huì)隨著溫度等因素變化，從而影響母線電壓的穩(wěn)定，同時(shí)負(fù)載側(cè)電流、電壓補(bǔ)償，還有系統(tǒng)內(nèi)外未建模的部分都是影響穩(wěn)定的因素［20-21］。由此，可以得到直流母線電壓的控制模型。

2 基于NLESO的直流母線電壓控制

傳統(tǒng)直流母線電壓控制為PI控制［2-3，7］，為了提高控制效果，減小電壓波動(dòng)，本文提出了基于NLESO的直流母線電壓控制策略。

2.1 ESO原理

對(duì)于單輸入單輸出（SISO）的一階系統(tǒng)［19］，有

式中：x為狀態(tài)變量；u為系統(tǒng)輸入量；b為待定系數(shù)；y為系統(tǒng)輸出量；w為擾動(dòng)量；h（x，w）為系統(tǒng)總擾動(dòng)，即考慮擾動(dòng)在內(nèi)，與輸入量無(wú)關(guān)的所有變量之和。

ESO的目的即為觀測(cè)出這一系統(tǒng)中的總擾動(dòng)。為此，將其擴(kuò)張為狀態(tài)變量，構(gòu)建ESO：

式 中：e為x的 估 計(jì) 誤 差；z1為x的 估 計(jì) 值；z2為 總 擾動(dòng)的估計(jì)值；f(·)為估計(jì)誤差的非線性函數(shù)；β1和β2為估計(jì)誤差的增益；a、a1、a2為可調(diào)參數(shù)，目的是使該函數(shù)具有“大誤差、小增益，小誤差、大增益”的特點(diǎn)；δ、δ1、δ2為非線性函數(shù)的切換點(diǎn)［19］。

2.2 直流母線電壓的NLESO設(shè)計(jì)

為了增強(qiáng)系統(tǒng)母線電壓對(duì)負(fù)載側(cè)變換帶來(lái)的擾動(dòng)、系統(tǒng)參數(shù)擾動(dòng)、系統(tǒng)模型誤差等系統(tǒng)內(nèi)部、外部因素的抗擾能力［22-24］，設(shè)計(jì)NLESO。系統(tǒng)母線電壓方程可以重新表示為：

2.3 電壓控制器設(shè)計(jì)

由于總擾動(dòng)已被觀測(cè)，那么可以將觀測(cè)的擾動(dòng)進(jìn)行前饋控制。同時(shí)，根據(jù)前文的推導(dǎo)，認(rèn)為所觀測(cè)的擾動(dòng)為系統(tǒng)總擾動(dòng)，那么系統(tǒng)僅需要跟蹤輸入信號(hào)，所以只需要單獨(dú)的比例環(huán)節(jié)即可實(shí)現(xiàn)輸入跟蹤同時(shí)無(wú)靜差。所設(shè)計(jì)的控制器如圖3所示，其中電流環(huán)參考值isd即為系統(tǒng)輸入量u。此控制器針對(duì)CV1進(jìn)行控制，同時(shí)電流內(nèi)環(huán)采用PI控制；CV2采用PI控制［2-3，7］。

圖3 基于NLESO的電壓外環(huán)控制器結(jié)構(gòu)Fig.3 Structure of voltage outer loop controller based on NLESO

令b＝3usd/C，同時(shí)設(shè)計(jì)跟蹤輸入信號(hào)的比例環(huán)節(jié)，以及擾動(dòng)前饋環(huán)節(jié)，得到的控制律為：

式中：Kp為比例系數(shù)；udc，ref為直流母線電壓參考值。

這樣，基于NLESO的控制策略相當(dāng)于在原有PI控制器上加入了擾動(dòng)前饋，加快了在擾動(dòng)情況下系統(tǒng)的響應(yīng)速度；相比于一般的擾動(dòng)前饋需要對(duì)各個(gè)擾動(dòng)進(jìn)行觀測(cè)［2，7］，NLESO只通過(guò)對(duì)PI控制所需的輸入/輸出量進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)便可以完成前饋量的觀測(cè)，更便于在實(shí)際應(yīng)用上實(shí)現(xiàn)。而相對(duì)于PI控制，基于NLESO的控制策略僅在算法轉(zhuǎn)化上增加了一定的復(fù)雜性，而在具體實(shí)驗(yàn)中，即信號(hào)采集方面與傳統(tǒng)PI控制一致。此處，僅針對(duì)工程中常用的控制方式進(jìn)行對(duì)比，具體結(jié)果如表1所示。

表1 控制方式對(duì)比Table 1 Comparison of control methods

3 穩(wěn)定性分析

3.1 NLESO穩(wěn)定性分析

首先，根據(jù)文獻(xiàn)［25］所提方法對(duì)NLESO的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，令：

則式（8）可改寫為：

式中：λ1、λ2為對(duì)帶有非線性函數(shù)f(·)的式（8）進(jìn)行線性分析所引入的中間變量。

根據(jù)觀測(cè)器設(shè)計(jì)取值，可以得到λ的取值范圍，由附錄A圖A2可知，λ的范圍有界，故可將式（16）看作變?cè)鲆娴腅SO，通過(guò)拉氏變換可得到其傳遞函數(shù)：

令跟蹤誤差：

將式（17）、式（18）代入式（19）可得：

可見(jiàn)，特征方程為：

根據(jù)根軌跡分析（具體根軌跡圖見(jiàn)附錄A圖A3（a）），特征方程的特征根都在s平面的左半平面，即系統(tǒng)可以達(dá)到穩(wěn)定，通過(guò)拉氏變換的終值定理可以得到：

則NLESO穩(wěn)定。

3.2 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析

將前文得到的傳遞函數(shù)代入系統(tǒng)控制律，得到：

根據(jù)根軌跡分析（具體根軌跡圖見(jiàn)附錄A圖A3（b）），特征方程的特征根都在s平面的左半平面，即系統(tǒng)可以達(dá)到穩(wěn)定。

4 仿真驗(yàn)證

本文以容量為10 kVA的HDT為例，部分參數(shù)如附錄B表B1所示。HDT的一次側(cè)與電網(wǎng)三角形連接，二次側(cè)與負(fù)載星形連接，變壓器本體與背靠背變流器星形連接，整體結(jié)構(gòu)為三相四線制。為了驗(yàn)證系統(tǒng)的抗擾能力，在不同的工況下進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。為了體現(xiàn)系統(tǒng)較強(qiáng)的抗擾性，設(shè)定電網(wǎng)電壓波動(dòng)范圍為（－20%，20%）。其余參數(shù)設(shè)定見(jiàn)附錄B表B1。

電流補(bǔ)償部分電壓外環(huán)采用前文所設(shè)計(jì)的控制器控制，同時(shí)為了減少二次諧波帶來(lái)的電流參考值波動(dòng)，加入了二次諧波陷波器，電流內(nèi)環(huán)采用PI控制，電壓補(bǔ)償部分采用PI控制，PI控制的參數(shù)均由經(jīng)驗(yàn)整定。為體現(xiàn)所設(shè)計(jì)控制器的優(yōu)越性，在仿真中與PI控制的仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。系統(tǒng)未投入時(shí)的相關(guān)波形見(jiàn)附錄A圖A4和圖A5。

限于篇幅，此處僅展示負(fù)載接入時(shí)工況的仿真結(jié)果（如圖4所示），其余工況仿真結(jié)果見(jiàn)附錄A圖A6—圖A10。針對(duì)不同控制策略的對(duì)比結(jié)果如表2所示。

表2 仿真對(duì)比Table 2 Simulation comparison

圖4 負(fù)載接入工況下的母線電壓、d軸電流和電網(wǎng)電流仿真波形Fig.4 Simulation waveforms of bus voltage,d-axis current and power grid current under load access condition

整體仿真工況如下：由于直接接入控制導(dǎo)致控制信號(hào)偏差較大，容易產(chǎn)生超調(diào)，系統(tǒng)運(yùn)行初期采用無(wú)控整流的方式對(duì)母線電容進(jìn)行充電，在0.4 s接入三相對(duì)稱負(fù)載（每相負(fù)載為25 Ω阻性負(fù)載與7 mH感性負(fù)載的組合）與不控整流負(fù)載（整流橋負(fù)載側(cè)接150 Ω阻性負(fù)載），如圖4所示，在基于NLESO的控制策略下，母線電壓沒(méi)有超調(diào)，最大電壓跌落約為6 V（約為母線電壓的2.3%），達(dá)到穩(wěn)定的速度更快，穩(wěn)定時(shí)間減少約50%（約為0.05 s）。同時(shí)，電流參考值更快收斂，穩(wěn)定時(shí)間減少約50%，超調(diào)減小了約4 A，三相電流很快穩(wěn)定，約0.02 s達(dá)到穩(wěn)定。之后，在0.5 s接入不對(duì)稱負(fù)載（改變?nèi)鄬?duì)稱負(fù)載一相負(fù)載為原兩相負(fù)載并聯(lián)），基于NLESO的控制策略有更好的控制效果，具體仿真結(jié)果見(jiàn)附錄A圖A6，母線電壓最大跌落約3 V，約為母線電壓的1.2%，穩(wěn)定時(shí)間減少約0.03 s，電流穩(wěn)定時(shí)間減少約60%，三相電流響應(yīng)時(shí)間約為0.02 s。在0.7 s使電網(wǎng)電壓突升為600 V，由于使用PI控制策略效果已經(jīng)很好，在使用基于NLESO的控制策略時(shí)控制效果提升不明顯，具體仿真結(jié)果見(jiàn)附錄A圖A7。從附錄A圖A8可以看到，在0.9 s使電網(wǎng)電壓跌落為400 V，此時(shí)PI控制策略下直流母線電壓波形相比基于NLESO的控制策略下波動(dòng)較大，最大電壓跌落約為5 V，約為母線電壓的1.9%，基于NLESO的控制策略相較于PI控制策略，響應(yīng)時(shí)間提高了50%，約為0.025 s，電流內(nèi)環(huán)響應(yīng)速度提高了約0.03 s。附錄A圖A9中，在1.1 s調(diào)整電網(wǎng)電壓使三相不對(duì)稱（三相電壓分別為400、600、600 V），基于NLESO的控制策略效果有所提高但并不明顯。在整個(gè)控制過(guò)程中，電網(wǎng)側(cè)電流始終保持三相正弦且對(duì)稱，工況改變的過(guò)渡過(guò)程中電壓和電流的響應(yīng)時(shí)間都在0～0.05 s之內(nèi)，二次諧波陷波器的延遲影響相比PI控制策略也較小。與此同時(shí)，負(fù)載側(cè)電壓的補(bǔ)償在PI控制策略下也有良好的效果。全階段負(fù)載電壓波形見(jiàn)附錄A圖A10。

5 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為了進(jìn)一步驗(yàn)證方法的有效性，本文進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。系統(tǒng)主要包含變壓器、背靠背變流器及控制平臺(tái)3個(gè)部分。硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)基于TMS320F28335，主要包括控制板、采集板與驅(qū)動(dòng)板。絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）開(kāi)關(guān)頻率為10 kHz。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)照片見(jiàn)附錄B圖B1，電源及負(fù)載工況見(jiàn)下述具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

因本文重點(diǎn)在于體現(xiàn)所設(shè)計(jì)控制器的有效性，同時(shí)由于實(shí)驗(yàn)條件所限，無(wú)法達(dá)到仿真所設(shè)計(jì)的工況，因此進(jìn)行等比例近似驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，設(shè)定額定電源電壓為仿真的1/10，即三相電源電壓為50 V。在此條件下，進(jìn)行所設(shè)計(jì)的基于NLESO的控制策略與PI控制策略的對(duì)比實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。補(bǔ)償前后細(xì)節(jié)圖見(jiàn)附錄B圖B2。限于篇幅，此處僅展示負(fù)載接入工況下的實(shí)驗(yàn)波形（如圖5所示），其余工況下的實(shí)驗(yàn)波形見(jiàn)附錄B圖B3—圖B6。

圖5 負(fù)載接入工況下的母線電壓、電網(wǎng)電流實(shí)驗(yàn)波形Fig.5 Experimental waveforms of bus voltage and power grid current under load access condition

與仿真保持一致，首先進(jìn)行負(fù)載接入實(shí)驗(yàn)，從空載狀態(tài)接入三相阻抗負(fù)載（每相阻值為30 Ω）與整流橋負(fù)載（不控整流橋接入30 Ω電阻），實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。其次，改變?nèi)嘧杩关?fù)載的阻值（一相變?yōu)?0 Ω），進(jìn)行負(fù)載不對(duì)稱實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如附錄B圖B3所示。之后，分別進(jìn)行電網(wǎng)電壓波動(dòng)實(shí)驗(yàn)，波動(dòng)范圍為（－20%，20%），負(fù)載情況不變；先進(jìn)行電網(wǎng)電壓突升20%實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如附錄B圖B4所示；再進(jìn)行電網(wǎng)電壓突降20%實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如附錄B圖B5所示。最后，進(jìn)行電網(wǎng)電壓不對(duì)稱實(shí)驗(yàn)（使一相電壓下降20%，其余兩相不變），實(shí)驗(yàn)結(jié)果如附錄B圖B6。

如圖5所示，負(fù)載接入時(shí)，在擾動(dòng)發(fā)生后，基于NLESO的控制策略使母線電壓穩(wěn)定更快，減少約0.03 s，同時(shí)也使網(wǎng)側(cè)電流更快達(dá)到穩(wěn)定，減少約0.023 s；如附錄B圖B3所示，在負(fù)載不對(duì)稱的工況下，在工況改變時(shí)電壓波動(dòng)不明顯，僅PI控制策略下電流跌落約0.01 s后恢復(fù)穩(wěn)定，在穩(wěn)定后母線電壓出現(xiàn)紋波，這是由電流dq控制策略下負(fù)載不對(duì)稱所引起的；附錄B圖B4中電網(wǎng)電壓突升工況中2種控制器效果相當(dāng)；附錄B圖B5中，電網(wǎng)電壓突降工況下直流母線電壓波動(dòng)幅度較小，比PI控制策略減小約2 V，穩(wěn)定速度更快，提高約0.01 s；如附錄B圖B6所示，在電網(wǎng)電壓不對(duì)稱工況下，ESO控制策略下無(wú)明顯電壓波動(dòng)，PI控制策略下略有波動(dòng)，同時(shí)電流波動(dòng)較大。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，在進(jìn)行等比例縮小實(shí)驗(yàn)時(shí)，所設(shè)計(jì)控制器在負(fù)載大范圍改變時(shí)有明顯效果，其他情況下效果不明顯，但有一定趨勢(shì)，也能預(yù)見(jiàn)在標(biāo)準(zhǔn)工況下，所設(shè)計(jì)控制器是有效的。同時(shí)，也可以得到，負(fù)載的大范圍改變對(duì)裝置穩(wěn)定性影響最大。

6 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)HDT的直流母線電壓控制，提出一種基于NLESO的擾動(dòng)前饋補(bǔ)償控制策略，在頻域下根據(jù)根軌跡法分別證明了所設(shè)計(jì)的NLESO擾動(dòng)跟蹤的穩(wěn)定性與控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。最后，分別在MATLAB/Simulink平臺(tái)和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行了負(fù)載接入、負(fù)載不對(duì)稱、電網(wǎng)電壓突升/突降、電網(wǎng)電壓不平衡工況下的仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明，與PI控制策略相比，在負(fù)載接入、負(fù)載不對(duì)稱、電網(wǎng)電壓突降工況下本文提出的控制策略擁有更快的響應(yīng)速度，工況改變時(shí)響應(yīng)曲線無(wú)超調(diào)，同時(shí)，實(shí)現(xiàn)方式相較其他復(fù)雜控制方式更為簡(jiǎn)單。但這種控制方式在電壓突升和電網(wǎng)電壓不平衡工況下的效果不明顯。此外，由于裝置采用直流母線雙電容的結(jié)構(gòu)，在不平衡工況下上下電容電壓不平衡也會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，這也是未來(lái)需要解決的問(wèn)題。