一种三相PWM整流器能量状态自适应抗扰控制方法及系统

本发明涉及电力电子变换器控制，具体为一种三相pwm整流器能量状态自适应抗扰控制方法及系统。

背景技术：

1、随着新能源发电、电动汽车充电、直流微电网及储能系统的发展，三相pwm整流器作为交直流能量变换的重要接口，广泛应用于各类电力电子系统中，其控制性能直接影响直流母线电压稳定性、输入电流质量及系统动态响应能力。

2、现有三相pwm整流器多采用电压外环与电流内环的双闭环pi控制结构。该方法结构简单、应用广泛，但在负载突变、电网扰动、参数摄动及非线性负载等复杂工况下，存在动态响应慢、超调大、鲁棒性不足等问题。同时，传统电压外环主要基于电压误差进行调节，难以从系统储能和功率平衡角度反映整流器整体动态特性。自抗扰控制能够将系统内部不确定性和外部扰动统一视为集总扰动，并通过扩张状态观测器进行实时估计和补偿，具有较强的抗扰性和鲁棒性。将能量平衡思想引入三相pwm整流器控制中，以直流侧电容能量和交流侧电感能量构建状态变量，有助于提升系统动态性能和扰动适应能力。然而，能量状态抗扰控制的性能较大程度上依赖于扩张状态观测器带宽及电流内环pi参数的合理整定。固定参数难以适应不同运行工况，且观测器参数与电流环参数之间存在耦合关系，人工整定过程复杂，难以兼顾快速性、稳定性和抗扰性。

3、因此，现在亟需一种三相pwm整流器能量状态自适应抗扰控制方法及系统，以解决传统pi控制及固定参数抗扰控制在复杂工况下动态性能不足、参数整定困难和鲁棒性有限的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于提供一种三相pwm整流器能量状态自适应抗扰控制方法，通过能量状态建模、自抗扰扰动估计补偿和深度强化学习参数优化相结合，进行三相pwm整流器在复杂工况下的高动态、高鲁棒和自适应控制，以解决传统pi控制及固定参数抗扰控制在复杂工况下动态性能不足、参数整定困难和鲁棒性有限的问题。

2、本发明提供的基础方案一：一种三相pwm整流器能量状态自适应抗扰控制方法，包括如下内容：

3、s1、采集三相pwm整流器的三相交流侧电压、三相交流侧电流以及直流母线电压，并将三相交流侧电压和三相交流侧电流经坐标变换得到两相旋转坐标系下的d轴电压分量、q轴电压分量、d轴电流分量和q轴电流分量，设置q轴电流参考值；

4、s2、根据直流母线电压、d轴电流分量和q轴电流分量，构建三相pwm整流器的瞬时能量状态量；

5、s3、根据直流母线电压给定值、电流参考值以及三相pwm整流器的储能参数，构建目标能量状态量；其中电流参考值，包括：d轴电流参考值和q轴电流参考值；

6、s4、将目标能量状态量与瞬时能量状态量输入能量平衡自抗扰控制器，通过扩张状态观测器估计三相pwm整流器的能量状态及集总扰动，并根据扰动补偿控制律生成d轴电流参考值；

7、s5、将d轴电流参考值和q轴电流参考值输入电流内环pi控制器，经d、q轴前馈解耦计算得到调制电压指令，并通过pwm调制生成开关驱动信号以控制三相pwm整流器；

8、s6、构建ppo智能体，并将三相pwm整流器运行状态作为ppo智能体的状态空间，将能量平衡自抗扰控制器的扩张状态观测器带宽及电流内环pi控制器的参数作为ppo智能体的动作空间，通过奖励函数对扩张状态观测器带宽及电流内环pi控制器的参数进行优化更新。

9、本发明的目的之二在于提供一种三相pwm整流器能量状态自适应抗扰控制系统，通过能量状态建模、自抗扰扰动估计补偿和深度强化学习参数优化相结合，进行三相pwm整流器在复杂工况下的高动态、高鲁棒和自适应控制，以解决传统pi控制及固定参数抗扰控制在复杂工况下动态性能不足、参数整定困难和鲁棒性有限的问题。

10、本发明提供基础方案二：一种三相pwm整流器能量状态自适应抗扰控制系统，包括：

11、采样模块，用于采集三相交流侧电压、三相交流侧电流和直流母线电压；

12、坐标变换模块，用于将三相静止坐标系下的电压、电流变换为两相旋转坐标系下的d轴分量、q轴分量；

13、能量计算模块，用于根据直流母线电压、d轴电流和q轴电流计算瞬时能量状态量；

14、能量平衡自抗扰控制模块，用于根据目标能量状态量和瞬时能量状态量估计集总扰动并生成d轴电流参考值；

15、电流内环控制模块，用于根据d轴电流参考值、q轴电流参考值和实际电流生成调制电压指令；

16、pwm调制模块，用于根据所述调制电压指令生成开关驱动信号；

17、ppo参数优化模块，用于根据三相pwm整流器运行状态输出扩张状态观测器带宽和电流内环pi控制器的参数。

18、与现有技术相比，本方案具有如下有益效果：

19、1、本方案以三相pwm整流器的能量状态（目标能量状态量与瞬时能量状态量）作为外环控制对象，将直流侧电容能量和交流侧电感能量统一纳入控制变量，相比传统电压外环pi控制，能够更全面反映整流器储能状态和功率流动特性；

20、2、本方案基于能量平衡关系建立扩展能量状态方程，将负载突变、电网扰动、参数摄动及未建模动态统一等效为集总扰动，并通过扩张状态观测器进行实时估计和补偿，提高了系统抗扰能力。

21、3、本方案通过参数自适应优化智能体对扩张状态观测器带宽和电流内环pi参数进行协同优化，避免了固定参数在变工况下适应性不足的问题。

22、综上，本发明以三相pwm整流器的瞬时能量状态量作为外环控制对象，通过能量平衡关系建立扩展能量状态方程，利用扩张状态观测器实时估计并补偿集总扰动，并通过参数自适应优化智能体对扩张状态观测器带宽和电流内环pi参数进行协同优化，从而提高三相pwm整流器在负载突变、电网扰动和参数摄动工况下的动态响应速度、直流母线电压稳定性和鲁棒性。

1.一种三相pwm整流器能量状态自适应抗扰控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的三相pwm整流器能量状态自适应抗扰控制方法，其特征在于，所述坐标转换采用clark变换和park变换。

3.根据权利要求1所述的三相pwm整流器能量状态自适应抗扰控制方法，其特征在于，所述瞬时能量状态量为：

4.根据权利要求3所述的三相pwm整流器能量状态自适应抗扰控制方法，其特征在于，所述目标能量状态量为：

5.根据权利要求4所述的三相pwm整流器能量状态自适应抗扰控制方法，其特征在于，所述能量平衡自抗扰控制器中三相pwm整流器的能量平衡关系统为：

6.根据权利要求5所述的三相pwm整流器能量状态自适应抗扰控制方法，其特征在于，所述扩张状态观测器采用二阶线性扩张状态观测器：

7.根据权利要求6所述的三相pwm整流器能量状态自适应抗扰控制方法，其特征在于，所述能量平衡自抗扰控制器的扰动补偿控制律为：

8.根据权利要求7所述的三相pwm整流器能量状态自适应抗扰控制方法，其特征在于，所述d轴电流参考值为：

9.根据权利要求1所述的三相pwm整流器能量状态自适应抗扰控制方法，其特征在于，所述电流内环pi控制器采用d、q轴前馈解耦控制，其控制量包括d轴调制电压指令和q轴调制电压指令，且d轴调制电压指令和q轴调制电压指令中分别加入电网电压前馈项和交叉耦合补偿项，以消除d、q轴电流之间的耦合影响。

10.根据权利要求9所述的三相pwm整流器能量状态自适应抗扰控制方法，其特征在于，所述s5中d轴和q轴电流误差分别为：

11.根据权利要求9所述的三相pwm整流器能量状态自适应抗扰控制方法，其特征在于，所述ppo智能体的状态空间至少包括：直流母线电压、直流母线电压误差、d轴电流分量、d轴电流分量误差、q轴电流分量和q轴电流分量误差：

12.根据权利要求9所述的三相pwm整流器能量状态自适应抗扰控制方法，其特征在于，所述ppo智能体的动作空间至少包括：

13.根据权利要求9所述的三相pwm整流器能量状态自适应抗扰控制方法，其特征在于，所述ppo智能体的奖励函数至少包括直流母线电压误差惩罚项、电流误差惩罚项、超调惩罚项和控制参数变化惩罚项：

14.根据权利要求1所述的三相pwm整流器能量状态自适应抗扰控制方法，其特征在于，所述ppo智能体采用actor-critic网络结构，其中actor网络根据当前状态向量输出动作；critic网络用于估计当前状态价值；ppo智能体通过裁剪代理目标函数更新actor网络，通过均方误差损失函数更新critic网络。

15.根据权利要求9所述的三相pwm整流器能量状态自适应抗扰控制方法，其特征在于，所述ppo智能体对控制参数的优化包括离线训练和在线调用，离线训练阶段在仿真环境或硬件在环境中完成参数策略学习，在线运行阶段根据当前状态输出优化后的观测器带宽和pi控制器参数，并对所述参数进行限幅处理后输入能量平衡自抗扰控制器和电流内环pi控制器。

16.根据权利要求9所述的三相pwm整流器能量状态自适应抗扰控制方法，其特征在于，所述三相pwm整流器在负载突变、电网电压波动、电感参数摄动、电容参数摄动或直流侧恒功率负载接入工况下，通过ppo算法自适应调整所述观测器带宽和pi控制器参数。

17.一种三相pwm整流器能量状态自适应抗扰控制系统，其特征在于，包括：