第7章-電力電子系統(tǒng)建模及控制

第七章電力電子系統(tǒng)建模及控制主講教師：XXX電力電子技術(shù)學(xué)習(xí)目標(biāo)：(1)熟悉系統(tǒng)時(shí)變性、線性和連續(xù)性的概念，了解電力電子系統(tǒng)的特征(2)掌握Buck變換器基于等效電路的傳遞函數(shù)模型推導(dǎo)方法(3)明確經(jīng)典控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及性能指標(biāo)(4)掌握典型控制器的傳遞函數(shù)，并能繪制其波特圖(5)熟悉交流電力電子系統(tǒng)的特有控制單元電力電子技術(shù)問(wèn)題思考：在前面章節(jié)中，已經(jīng)學(xué)過(guò)了四大類(lèi)變換器，他們面臨一些共性問(wèn)題。例如，當(dāng)變換器輸入電壓/電流波動(dòng)時(shí)，通過(guò)何種方法維持輸出電壓/電流不變呢？當(dāng)變換器的負(fù)載發(fā)生突然變化時(shí)，如何保證輸出電壓/電流穩(wěn)定呢？怎樣以數(shù)學(xué)語(yǔ)言描述變換器的運(yùn)行，從而科學(xué)指導(dǎo)控制器設(shè)計(jì)呢？這些都是本章在學(xué)習(xí)過(guò)程中需要思考的問(wèn)題本章PPT部分圖片源于網(wǎng)絡(luò)和其他文獻(xiàn)電力電子技術(shù)電力電子系統(tǒng)建模目的分析電力電子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)行為，確定關(guān)鍵性能指標(biāo)和電參數(shù)為控制器和系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)通過(guò)數(shù)學(xué)語(yǔ)言描述系統(tǒng)特性沒(méi)有完美精確的模型建立最合適的模型4電力電子技術(shù)電力電子系統(tǒng)控制目的5滿足系統(tǒng)性能指標(biāo)要求，如無(wú)靜差跟蹤參考指令利用閉環(huán)控制抑制干擾Buck變換器輸入電壓變化時(shí)控制效果示意圖×無(wú)控制器有控制器有電壓誤差無(wú)電壓誤差電力電子技術(shù)目錄：1.電力電子系統(tǒng)建模(1)系統(tǒng)主要特征(2)系統(tǒng)建模2.控制結(jié)構(gòu)與控制器設(shè)計(jì)(1)經(jīng)典控制結(jié)構(gòu)(2)系統(tǒng)控制性能指標(biāo)(3)控制器設(shè)計(jì)方法3.交流電力電子系統(tǒng)控制單元(1)三相電信號(hào)檢測(cè)及坐標(biāo)變換單元(2)鎖相環(huán)(3)諧振控制器4.擴(kuò)展內(nèi)容*(1)狀態(tài)空間平均模型(2)數(shù)字控制實(shí)現(xiàn)電力電子技術(shù)目錄：1.電力電子系統(tǒng)建模(1)系統(tǒng)主要特征(2)系統(tǒng)建模2.控制結(jié)構(gòu)與控制器設(shè)計(jì)(1)經(jīng)典控制結(jié)構(gòu)(2)系統(tǒng)控制性能指標(biāo)(3)控制器設(shè)計(jì)方法3.交流電力電子系統(tǒng)控制單元(1)三相電信號(hào)檢測(cè)及坐標(biāo)變換單元(2)鎖相環(huán)(3)諧振控制器4.擴(kuò)展內(nèi)容*(1)狀態(tài)空間平均模型(2)數(shù)字控制實(shí)現(xiàn)電力電子技術(shù)系統(tǒng)特征不僅適用于電力電子系統(tǒng)，也適用于其他系統(tǒng)、信號(hào)及函數(shù)考慮單輸入單輸出系統(tǒng)：

x為系統(tǒng)輸入，y為系統(tǒng)輸出，t表示時(shí)間，g()為描述輸入輸出關(guān)系的系統(tǒng)函數(shù)8電力電子技術(shù)系統(tǒng)特征時(shí)變系統(tǒng)：系統(tǒng)函數(shù)隨時(shí)間變化而變化例子：周期系統(tǒng)時(shí)不變系統(tǒng)：系統(tǒng)函數(shù)不隨時(shí)間變化而變化，分析和設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單例子：時(shí)變性系統(tǒng)特征主要包括時(shí)變性、線性和連續(xù)性9T為系統(tǒng)周期電力電子系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通常隨開(kāi)關(guān)器件通斷狀態(tài)的改變而改變，導(dǎo)致其為時(shí)變系統(tǒng)電力電子技術(shù)系統(tǒng)特征線性系統(tǒng)：滿足疊加原理，即同時(shí)滿足疊加性和齊次性疊加性：xa和xb為任意兩個(gè)系統(tǒng)輸入，ya和yb分別為對(duì)應(yīng)的兩個(gè)系統(tǒng)輸出齊次性：疊加性+齊次性：a,b為任意實(shí)數(shù)非線性系統(tǒng)：不滿足疊加原理，分析和設(shè)計(jì)更困難線性系統(tǒng)特征主要包括時(shí)變性、線性和連續(xù)性10實(shí)際電力電子系統(tǒng)均為非線性系統(tǒng)，根據(jù)非線性強(qiáng)弱可適當(dāng)作線性化處理電力電子技術(shù)系統(tǒng)特征連續(xù)系統(tǒng)：輸入和輸出均為時(shí)間t的連續(xù)函數(shù)，采用模擬控制器例子：模擬電源離散系統(tǒng)：輸入和輸出僅在特定的時(shí)間點(diǎn)取值例子：數(shù)字控制器，具有高可靠性、高魯棒性、易更新升級(jí)等優(yōu)點(diǎn)Ts為采樣周期連續(xù)離散混合系統(tǒng)：數(shù)字控制器+主電路例子：數(shù)字電源

連續(xù)性系統(tǒng)特征主要包括時(shí)變性、線性和連續(xù)性11電力電子系統(tǒng)通常是時(shí)變、非線性、連續(xù)離散混合系統(tǒng)，具有周期性的特點(diǎn)電力電子技術(shù)系統(tǒng)建模12電力電子系統(tǒng)通常是時(shí)變、非線性、連續(xù)離散混合系統(tǒng)，具有周期性的特點(diǎn)時(shí)不變、非線性、連續(xù)離散混合系統(tǒng)狀態(tài)平均局部線性化線性時(shí)不變、連續(xù)離散混合系統(tǒng)s域分析設(shè)計(jì)線性時(shí)不變連續(xù)系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型（包含阻抗/導(dǎo)納模型）：?jiǎn)屋斎雴屋敵鱿到y(tǒng)，基礎(chǔ)是經(jīng)典控制理論狀態(tài)空間模型*：多輸入多輸出系統(tǒng)，基礎(chǔ)是現(xiàn)代控制理論電力電子技術(shù)系統(tǒng)建模13上世紀(jì)70年代，Middlebrook教授及其團(tuán)隊(duì)成員發(fā)明了等效電路法和狀態(tài)空間平均法等效電路法->傳遞函數(shù)模型（包含阻抗/導(dǎo)納模型）：?jiǎn)屋斎雴屋敵鱿到y(tǒng)狀態(tài)空間平均法*->狀態(tài)空間模型*：多輸入多輸出系統(tǒng)RobertDavidMiddlebrook(May16,1929–April16,2010)wasaprofessorofelectricalengineeringattheCaliforniaInstituteofTechnology(Caltech).Heismostwellknowninthefieldofpowerelectronicsandasaproponentofdesign-orientedcircuitanalysis.Hedevelopedthestate-spaceaveragingmethodofanalysisandothertoolscrucialtomodernpowerelectronicsdesign.電力電子技術(shù)等效電路建模14以雙向Buck變換器為例時(shí)不變系統(tǒng)狀態(tài)平均局部線性化線性時(shí)不變系統(tǒng)狀態(tài)1狀態(tài)2第一個(gè)前提是模型的頻率遠(yuǎn)小于變換器開(kāi)關(guān)頻率（通常<1/10開(kāi)關(guān)頻率）第二個(gè)前提是小信號(hào)擾動(dòng)所有電路變量用其穩(wěn)態(tài)量（大寫(xiě)字母）和擾動(dòng)量（前綴?）之和代替穩(wěn)態(tài)量擾動(dòng)量電力電子技術(shù)等效電路建模15以雙向Buck變換器為例已建立Buck變換器復(fù)頻域等效電路模型，為系統(tǒng)分析和控制器設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)擾動(dòng)量利用等效電壓源代替開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)電壓vs占空比?d到輸出電壓?vo的傳遞函數(shù)如下：輸入電壓?vin到輸出電壓?vo的傳遞函數(shù)如下：電力電子技術(shù)目錄：1.電力電子系統(tǒng)建模(1)系統(tǒng)主要特征(2)系統(tǒng)建模2.控制結(jié)構(gòu)與控制器設(shè)計(jì)(1)經(jīng)典控制結(jié)構(gòu)(2)系統(tǒng)控制性能指標(biāo)(3)控制器設(shè)計(jì)方法3.交流電力電子系統(tǒng)控制單元(1)三相電信號(hào)檢測(cè)及坐標(biāo)變換單元(2)鎖相環(huán)(3)諧振控制器4.擴(kuò)展內(nèi)容*(1)狀態(tài)空間平均模型(2)數(shù)字控制實(shí)現(xiàn)電力電子技術(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)17采樣電路和傳感器：采集關(guān)鍵電壓電流信號(hào)調(diào)理電路（輸入接口電路）：完成電平轉(zhuǎn)換、濾波及故障保護(hù)等功能控制器：運(yùn)算后生成脈沖寬度調(diào)制（PWM）信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路（輸出接口電路）：驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)器件以完成控制目標(biāo)Buck變換器系統(tǒng)電力電子技術(shù)經(jīng)典控制結(jié)構(gòu)18已推導(dǎo)占空比到輸出電壓的傳遞函數(shù)，完成被控對(duì)象建模PWM環(huán)節(jié)近似為比例增益Kpwm，并可通過(guò)調(diào)節(jié)控制參數(shù)使Kpwm=1Gv(s)為電壓控制器傳遞函數(shù)，單環(huán)控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易調(diào)參Gi(s)為電流控制器傳遞函數(shù)，雙環(huán)控制結(jié)構(gòu)能控制電流和修改被控對(duì)象雙環(huán)控制框圖單環(huán)控制框圖電力電子技術(shù)控制性能指標(biāo)19控制性能主要從穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)誤差和動(dòng)態(tài)性能等方面衡量輸入輸出穩(wěn)定：輸入受擾后輸出不發(fā)散李雅普諾夫意義的穩(wěn)定：系統(tǒng)受擾后所有狀態(tài)維持在一定的邊界內(nèi)漸近穩(wěn)定：系統(tǒng)受擾后所有狀態(tài)收斂到平衡點(diǎn)處穩(wěn)定性漸近穩(wěn)定系統(tǒng)是李雅普諾夫穩(wěn)定的，而李雅普諾夫穩(wěn)定系統(tǒng)不一定漸近穩(wěn)定。對(duì)線性系統(tǒng)而言，李雅普諾夫穩(wěn)定和漸近穩(wěn)定是等價(jià)的。對(duì)非線性系統(tǒng)，兩種穩(wěn)定性的區(qū)別在于是否存在極限環(huán)電力電子技術(shù)穩(wěn)定性判別20穩(wěn)定性判別和分析方法如下：李雅普諾夫第一法（間接法）：將系統(tǒng)在平衡點(diǎn)處進(jìn)行線性化，進(jìn)一步通過(guò)線性化系統(tǒng)的特征值（閉環(huán)極點(diǎn)位置）判斷穩(wěn)定性，應(yīng)用廣泛李雅普諾夫第二法（直接法或李雅普諾夫穩(wěn)定性判據(jù)）：構(gòu)造李雅普諾夫能量函數(shù)判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性，構(gòu)造需要很強(qiáng)技巧非線性系統(tǒng)穩(wěn)定性判別方法線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析工具：閉環(huán)極點(diǎn)、勞斯穩(wěn)定性判據(jù)、奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)（包含奈奎斯特圖和波特圖等）和根軌跡電力電子技術(shù)穩(wěn)定性判別21計(jì)算系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)極點(diǎn)是直接且有效的穩(wěn)定性判斷方法穩(wěn)定系統(tǒng)：極點(diǎn)實(shí)部為負(fù)×不穩(wěn)定系統(tǒng)：極點(diǎn)實(shí)部為正電力電子技術(shù)穩(wěn)定性判別22計(jì)算系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)極點(diǎn)是直接且有效的穩(wěn)定性判斷方法穩(wěn)定系統(tǒng)：階躍響應(yīng)收斂×不穩(wěn)定系統(tǒng)：階躍響應(yīng)發(fā)散電力電子技術(shù)穩(wěn)定性判別23低階系統(tǒng)可直接計(jì)算閉環(huán)極點(diǎn)，五階及以上系統(tǒng)不存在求根公式例如：標(biāo)準(zhǔn)二階系統(tǒng)ω0和η分別表示自然角頻率和阻尼比令分母等于0，可計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)二階系統(tǒng)的兩個(gè)極點(diǎn)：j為虛數(shù)單位évaristeGalois(1811?1832):Inventorofgrouptheory電力電子技術(shù)穩(wěn)定性判別24穩(wěn)定裕度是衡量系統(tǒng)穩(wěn)定程度的重要參數(shù)具體包括增益裕量（gainmargin,GM）和相位裕量（phasemargin,PM）兩個(gè)性能指標(biāo)對(duì)非最小相位系統(tǒng)，當(dāng)且僅當(dāng)GM和PM均為正時(shí)，系統(tǒng)才穩(wěn)定；對(duì)最小相位系統(tǒng)，GM或PM為正可保證系統(tǒng)穩(wěn)定GM>3dB且PM>30°時(shí)，系統(tǒng)較穩(wěn)定系統(tǒng)環(huán)路增益波特圖電力電子技術(shù)控制性能指標(biāo)25控制性能主要從穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)誤差和動(dòng)態(tài)性能等方面衡量定義：系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，輸出和參考輸入間的誤差決定因素：誤差大小與參考信號(hào)模型和控制器設(shè)計(jì)有關(guān)內(nèi)模原理：無(wú)靜差跟蹤要求控制器包含參考信號(hào)的模型穩(wěn)態(tài)誤差當(dāng)參考信號(hào)為階躍信號(hào)（其模型為1/s）時(shí)，積分控制器能實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差跟蹤電力電子技術(shù)穩(wěn)態(tài)誤差分析26內(nèi)模原理證明如下：令Kpwm=1，將參考信號(hào)表示為：系統(tǒng)的環(huán)路增益表示為：誤差信號(hào)模型為：根據(jù)終值定理，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差為：Dloop(s)包含Dref(s)時(shí)，分子中將存在s或s的高次項(xiàng)，因此穩(wěn)態(tài)誤差為0電力電子技術(shù)控制性能指標(biāo)27控制性能主要從穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)誤差和動(dòng)態(tài)性能等方面衡量超調(diào)量：輸出偏離穩(wěn)態(tài)值的最大偏差，用百分?jǐn)?shù)描述調(diào)節(jié)時(shí)間：輸出達(dá)到穩(wěn)態(tài)誤差帶(穩(wěn)態(tài)誤差2%到5%)所用的時(shí)間上升時(shí)間：輸出從20%到80%穩(wěn)態(tài)值間的過(guò)渡時(shí)間動(dòng)態(tài)性能系統(tǒng)階躍響應(yīng)示意圖動(dòng)態(tài)性能常與穩(wěn)態(tài)誤差和穩(wěn)定性要求有矛盾，設(shè)計(jì)控制器時(shí)需要權(quán)衡控制目標(biāo)綜合考慮電力電子技術(shù)經(jīng)典控制器28經(jīng)典控制器（P和I控制器）比例（proportion,P）控制器積分（proportion,I）控制器電力電子技術(shù)經(jīng)典控制器29經(jīng)典控制器（PI和相位補(bǔ)償控制器）比例積分（PI）控制器超前補(bǔ)償控制器電力電子技術(shù)經(jīng)典控制器30經(jīng)典控制器（相位補(bǔ)償控制器）超前補(bǔ)償控制器最大相位對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)折頻率ωc為K為附加K系數(shù)ωc處的相位為K系數(shù)可通過(guò)補(bǔ)償相位表示為：電力電子技術(shù)控制器設(shè)計(jì)方法31控制器設(shè)計(jì)方法：預(yù)期參數(shù)設(shè)計(jì)法、最優(yōu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、K系數(shù)法預(yù)期參數(shù)設(shè)計(jì)法：根據(jù)預(yù)先定義的期望系統(tǒng)性能指標(biāo)設(shè)計(jì)控制器參數(shù)，以Buck電路單環(huán)I電壓控制器為例最優(yōu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)法：按照經(jīng)典的低價(jià)最優(yōu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制器參數(shù)，以Buck電路單環(huán)PI電壓控制器為例K系數(shù)法：通過(guò)引入附加的K系數(shù)和預(yù)期系統(tǒng)性能指標(biāo)來(lái)計(jì)算控制參數(shù)，以Buck電路超前滯后補(bǔ)償電壓控制器為例控制器設(shè)計(jì)方法電力電子技術(shù)預(yù)期參數(shù)設(shè)計(jì)法32預(yù)期參數(shù)設(shè)計(jì)法步驟如下：(1)確定預(yù)期增益裕量GM(2)根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)，計(jì)算諧振頻率fr和被控對(duì)象諧振峰Aplant(fr)(3)計(jì)算I控制器在諧振頻率fr處的增益AI(fr)(4)確定I控制器增益系數(shù)KiBuck變換器環(huán)路增益Gop(s)波特圖電力電子技術(shù)預(yù)期參數(shù)設(shè)計(jì)法33Buck變換器環(huán)路增益Gop(s)波特圖Lo=1mH，Co=20μF，Ro=100Ω：(1)確定預(yù)期增益裕量GM=10dB(2)計(jì)算可得fr=1.12kHz，Aplant(fr)=23.0dB(3)進(jìn)一步計(jì)算得AI(fr)=?33.0dB(4)最后得到Ki=158電力電子技術(shù)最優(yōu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)法34最優(yōu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)法步驟如下：(1)合理設(shè)計(jì)Ki，忽略I控制在轉(zhuǎn)折頻率處的影響(2)推導(dǎo)系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)(3)令阻尼比為0.707電力電子技術(shù)最優(yōu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)法35Lo=1mH，Co=2μF，Ro=1Ω時(shí)：選取Ki

=100，計(jì)算可得Kp=250Buck變換器閉環(huán)傳遞函數(shù)Gcl(s)波特圖Buck變換器閉環(huán)傳遞函數(shù)Gcl(s)階躍響應(yīng)圖電力電子技術(shù)K系數(shù)設(shè)計(jì)法36K系數(shù)設(shè)計(jì)法步驟如下：(1)定義期望的系統(tǒng)穿越頻率fc（幅值0dB）和相位裕量PM，令超前滯后補(bǔ)償控制器轉(zhuǎn)折頻率和系統(tǒng)穿越頻率fc相等(2)計(jì)算待補(bǔ)償相位：預(yù)期相位裕量PM減被控對(duì)象Gplant(s)在ωc處的相位裕度(3)計(jì)算出K系數(shù)(4)計(jì)算Kll，補(bǔ)償被控對(duì)象Gplant(s)在ωc處的幅值電力電子技術(shù)K系數(shù)設(shè)計(jì)法37Lo=1mH，Co=2μF，Ro=1Ω時(shí)：(1)定義期望的系統(tǒng)穿越頻率fc

=1500Hz和相位裕量PM=60°(2)計(jì)算待補(bǔ)償相位：60°?173°+180°=53°(3)計(jì)算得K=2.989(4)計(jì)算得Kll=0.260Buck變換器環(huán)路增益Gop(s)波特圖電力電子技術(shù)目錄：1.電力電子系統(tǒng)建模(1)系統(tǒng)主要特征(2)系統(tǒng)建模2.控制結(jié)構(gòu)與控制器設(shè)計(jì)(1)經(jīng)典控制結(jié)構(gòu)(2)系統(tǒng)控制性能指標(biāo)(3)控制器設(shè)計(jì)方法3.交流電力電子系統(tǒng)控制單元(1)三相電信號(hào)檢測(cè)及坐標(biāo)變換單元(2)鎖相環(huán)(3)諧振控制器4.擴(kuò)展內(nèi)容*(1)狀態(tài)空間平均模型(2)數(shù)字控制實(shí)現(xiàn)電力電子技術(shù)三相電力電子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)39交流電力電子系統(tǒng)常用的特殊控制單元：三相電信號(hào)檢測(cè)及坐標(biāo)變換單元、鎖相環(huán)和諧振控制器與直流系統(tǒng)類(lèi)似，交流系統(tǒng)也采集關(guān)鍵信號(hào)，經(jīng)控制器運(yùn)算處理后生成PWM波三相交流電力電子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖電力電子技術(shù)三相電力電子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)40交流電力電子系統(tǒng)常用的特殊控制單元：三相電信號(hào)檢測(cè)及坐標(biāo)變換單元、鎖相環(huán)和諧振控制器下標(biāo)d、q表示dq0同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)分量θ0為鎖相環(huán)（phase-locked-loop,PLL）輸出相角三相交流電力電子系統(tǒng)控制框圖電力電子技術(shù)三相電信號(hào)檢測(cè)及坐標(biāo)變換單元41三相電壓信號(hào)va,vb,vc為三相電壓，Vref為相電壓幅值ω0為基波角頻率，θ0=ω0t為相角令電壓向量與a軸夾角為θ0，方向逆時(shí)針兩個(gè)信息->向量（幅值+相位角）：電力電子技術(shù)三相電信號(hào)檢測(cè)及坐標(biāo)變換單元42坐標(biāo)變換有兩個(gè)目的：（1）將三相電壓通過(guò)兩個(gè)線性無(wú)關(guān)的變量直觀描述（2）將交流信號(hào)變?yōu)橹绷餍盘?hào)，方便系統(tǒng)分析和控制器設(shè)計(jì)解耦固定工作點(diǎn)靜止αβ0坐標(biāo)系同步dq0坐標(biāo)系電力電子技術(shù)三相電信號(hào)檢測(cè)及坐標(biāo)變換單元43坐標(biāo)變換公式：通過(guò)abc-dq0坐標(biāo)變換，三相交流電壓變換為d軸直流電壓電力電子技術(shù)三相電信號(hào)檢測(cè)及坐標(biāo)變換單元44dq坐標(biāo)系選擇不是唯一：容性無(wú)功+d軸定向容性無(wú)功+q軸定向感性無(wú)功+d軸定向感性無(wú)功+q軸定向不同的dq坐標(biāo)系對(duì)應(yīng)不同的坐標(biāo)變換公式電力電子技術(shù)三相電信號(hào)檢測(cè)及坐標(biāo)變換單元45坐標(biāo)正反變換公式：可逆三相電流及其變換（Iref為幅值，φ為滯后相位角）：電力電子技術(shù)三相電信號(hào)檢測(cè)及坐標(biāo)變換單元46有功電流和無(wú)功電流：有功電流無(wú)功電流瞬時(shí)有功功率和無(wú)功功率：電力電子技術(shù)三相電信號(hào)檢測(cè)及坐標(biāo)變換單元47瞬時(shí)無(wú)功功率理論HirofumiAkagi(LifeFellow,IEEE)hasbeenaProfessor,currentlyaDistinguishedProfessor,withtheTokyoInstituteofTechnology.Priortoit,hewaswiththeNagaokaUniversityofTechnology,Nagaoka,Japan,andOkayamaUniversity,Okayama,Japan.有源電力濾波器（APF）靜止無(wú)功補(bǔ)償器（SVG/STATCOM）通用電能質(zhì)量控制器（UPQC）電力電子技術(shù)鎖相環(huán)48鎖相環(huán)基本功能：檢測(cè)電網(wǎng)電壓相位角鑒相器：abc-dq坐標(biāo)變換控制器：Kpll_p和Kpll_i分別為P和I控制增益振蕩器：積分器基于同步參考坐標(biāo)系的鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)框圖電力電子技術(shù)鎖相環(huán)49鎖相環(huán)工作原理：振蕩器輸出相位角θ0作為鑒相器參考，進(jìn)行坐標(biāo)變換不斷調(diào)整θ0，使vpcc_q=0V，以完成鎖相目標(biāo)兩個(gè)極點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差相角跟蹤可同時(shí)檢測(cè)電網(wǎng)電壓頻率f0和相角θ0鎖相環(huán)工作波形圖電力電子技術(shù)諧振控制器50諧振控制器基本功能：交流信號(hào)無(wú)靜差跟蹤和干擾抑制諧振控制器波特圖正弦和余弦信號(hào)模型：諧振（R）控制器：Kr為諧振控制增益，η為阻尼比電力電子技術(shù)多諧振控制器51比例諧振（PR）控制器：多諧振控制器波特圖多諧振（MR）控制器：同時(shí)抑制3次和5次諧波電力電子技術(shù)重復(fù)控制器52理想重復(fù)（REP）控制器：理想重復(fù)控制器波特圖T0=2π/ω0為基波周期，Krep為重復(fù)控制器增益系數(shù)令分母為0可得：重復(fù)控制器包含了基波和所有諧波的數(shù)學(xué)模型，臨界穩(wěn)定，需要附加環(huán)節(jié)電力電子技術(shù)目錄：1.電力電子系統(tǒng)建模(1)系統(tǒng)主要特征(2)系統(tǒng)建模2.控制結(jié)構(gòu)與控制器設(shè)計(jì)(1)經(jīng)典控制結(jié)構(gòu)(2)系統(tǒng)控制性能指標(biāo)(3)控制器設(shè)計(jì)方法3.交流電力電子系統(tǒng)控制單元(1)三相電信號(hào)檢測(cè)及坐標(biāo)變換單元(2)鎖相環(huán)(3)諧振控制器4.擴(kuò)展內(nèi)容*(1)狀態(tài)空間平均模型(2)數(shù)字控制實(shí)現(xiàn)電力電子技術(shù)狀態(tài)空間平均建模54電力電子系統(tǒng)通常是時(shí)變、非線性、連續(xù)離散混合系統(tǒng)，具有周期性的特點(diǎn)時(shí)不變、非線性、連續(xù)離散混合系統(tǒng)狀態(tài)平均局部線性化線性時(shí)不變、連續(xù)離散混合系統(tǒng)s域分析設(shè)計(jì)線性時(shí)不變連續(xù)系統(tǒng)狀態(tài)1狀態(tài)2電力電子技術(shù)狀態(tài)空間平均建模55（1）基于基爾霍夫定律列寫(xiě)狀態(tài)方程時(shí)不變、非線性、連續(xù)離散混合系統(tǒng)狀態(tài)平均局部線性化線性時(shí)不變、連續(xù)離散混合系統(tǒng)s域分析設(shè)計(jì)