本发明涉及电力电子系统控制技术，特别是涉及一种单相脉宽调制整流器网侧电流自适应控制方法。
背景技术：
1、单相脉宽调制整流器因其拓扑简单、可控性强等优点，已被广泛应用于轨道交通、新能源汽车等领域。单相脉宽调制整流器的输入侧与交流电网通过电力变压器相互耦合，因此，对于整流器的输入侧，希望得到可控的网侧电流并降低其谐波含量。然而，在单相脉宽调制整流器的实际应用中，其所连接的电力变压器二次侧漏电抗与其网侧电感中均存在因参数测量不准、外界环境干扰等因素导致的摄动问题，此时若仍采用传统固定参数的网侧电流控制算法，整流器对于网侧电流谐波的抑制将无法达到最佳，整流器网侧电流的控制精度与整体运行效率将受到影响。国内外学者针对单相脉宽调制整流器的网侧电流控制技术开展了大量研究，并取得了一定的成果，现有方法可以分为基于dq坐标系的控制方法与基于静止坐标系的控制方法。
2、文献(c.zhang,s.yu,x.ge.a stationary-frame current vector controlstrategy for single-phase pwm rectifier[j].ieee transactions on vehiculartechnology,2019,68(3):2640-2651)等提出了基于dq坐标系下的单相脉宽调制整流器控制方法，该方法通过坐标变换将网侧电流的交流信号转换为直流信号，进而采用基于经典比例-积分控制的相关方法对dq轴电流进行解耦控制，以实现零稳态误差跟踪。然而，由于基于dq坐标系的网侧电流控制方法通常需要引入一个经过移相生成的虚拟正交信号，这样会增加系统控制中所需要的控制器数量与信号处理环节，进而使系统结构复杂化；同时，当网侧电感中存在摄动因素时，dq轴电流解耦控制的精确度与鲁棒性将会收到影响。文献(s.eren,m.pahlevani,a.bakhshai,et al.a digital current control technique forgrid-connected ac/dc converters used for energy storage systems[j].ieeetransactions on power electronics,2017,32(5):3970-3988)等提出了基于静止坐标系下比例谐振控制器的网侧电流控制方法，并通过极点配置法、闭环稳定性判据等理论进行参数整定，但比例谐振控制算法的复频域特性会因被控对象的参数摄动因素而发生改变，使系统控制的精度与稳定性无法达到最佳。
3、通过对现有研究成果的分析可见：基于dq坐标系下的单相脉宽调制整流器控制方法因采用了额外的坐标变换与解耦环节，尚存在控制系统复杂度较高的问题；现有基于静止坐标系下的比例谐振控制算法在参数摄动条件下的自适应能力尚未调整至最优。因此，如何针对不同的单相脉宽调制整流器网侧电感参数，在实现网侧电感值在线辨识的同时，降低网侧电流总谐波失真，成为了提高参数摄动条件下单相脉宽调制整流器网侧电流控制稳定性与鲁棒性的关键。
技术实现思路
1、发明目的：本发明的目的是提供一种单相脉宽调制整流器网侧电流自适应控制方法，以克服现有方法中所存在的复杂度高、参数依赖性强等不足之处，确保整流器控制系统在参数摄动条件下的稳定性与鲁棒性。
2、技术方案：本发明公开了一种单相脉宽调制整流器网侧电流自适应控制方法，包括以下步骤：
3、s1、设计网侧电流控制约束条件，建立网侧电流自适应比例谐振控制器架构；包括：基于自适应比例谐振控制器的比例作用与谐振作用特性，对网侧电流控制环的开环增益进行约束，求取比例系数与谐振系数的表达式，分析表达式中网侧电感值的作用；
4、s2、从网侧电流控制环给定处注入低幅值双频率电流谐波，在线辨识整流器网侧电感值；包括：基于单相脉宽调制整流器的网侧阻抗模型，从网侧电流控制环给定处注入双谐波，采用快速傅里叶变换提取谐波分量对应的电压电流值，求取网侧电感辨识值；
5、s3、对网侧电流自适应比例谐振控制器进行参数整定，构建单相脉宽调制整流器自适应控制系统；包括：基于网侧电流控制环的误差传递函数分析s1中约束条件的增益系数与稳态误差之间的关系，采用routh-hurwitz判据推导自适应比例谐振控制器的参数上限，将网侧电流控制环集成至单相脉宽调制整流器的双闭环控制中，从而构建完整的自适应控制系统。
6、进一步的，步骤s1具体为：
7、单相脉宽调制整流器网侧电流控制环采用比例谐振(pr)控制器，网侧电流控制环的开环传递函数表示为：
8、
9、其中，ω0为谐振角频率，ωc为决定pr控制器带宽的角频率，kp与kr分别为pr控制器的比例系数与谐振系数，r为网侧电阻，l为网侧电感，t0为开关周期，k为桥路等效增益；
10、自适应比例谐振(apr)控制器的首要约束条件为：对于不同的网侧电感l取值，网侧电流控制环的开环增益|g(s)|在ω0角频率处应始终等于一个待整定的正增益值ko，即|g(s)|＝ko。
11、将s＝jω0与首要约束条件代入网侧电流控制环的开环传递函数表达式中，并进行降阶、化简可得：
12、kp+kr≈koω0l
13、apr控制器的第二条约束条件为：apr控制器对于3ω0频率处电流，其网侧电流控制环的开环增益应满足|g(s)|＝1，即为0db；
14、令s＝j3ω0，k＝1，将第二约束条件代入网侧电流控制环的开环传递函数表达式中，并进行降阶、化简可得：
15、kp≈3ω0l
16、由式kp+kr≈koω0l与kp≈3ω0l可知，apr控制器参数与单相脉宽调制整流器的网侧电感值密切相关，若能通过参数在线辨识的方法实时更新网侧电感值，则能通过kp+kr≈koω0l与kp≈3ω0l实现网侧电流的自适应控制。
17、进一步的，步骤s2具体为：
18、采用电阻与电感的串联结构来等效单相脉宽调制整流器的网侧阻抗z，表示为：
19、z＝r+jωl
20、其中，ω为系统的角频率；
21、采用双谐波注入法进行网侧电感在线辨识，即在网侧电流控制环给定值处注入两个低幅值指定角频率的谐波电流；注入谐波电流后，两个谐波角频率对应的网侧阻抗值分别表示为：
22、
23、其中，zω1与zω2为所注入两个谐波角频率对应的网侧阻抗，ω1与ω2为所注入谐波的角频率；由和的表达式解出网侧电感辨识值为：
24、
25、采用基于快速傅里叶变换(fft)的方法，提取所注入谐波分量对应的物理量幅值；并采用移动窗口fft算法，在第一个工频周期内注入谐波并采样得到若干个元素的队列，第二个工频周期在注入谐波的同时根据队列中的数据进行fft；具体地，在相邻两个工频周期的第一次算法执行区间，针对区间内的若干个元素完成一次fft得到一个电感辨识值后，再将窗口移动至相邻两个工频周期的第二次算法执行区间内得到第二个辨识值，以此类推，在注入谐波结束后，得到若干个电感辨识值，对其取平均值即得到最终的电感辨识值；将所得到的电感辨识值用于网侧电流控制，以在线更新apr控制器参数。
26、进一步的，双谐波的频率分别为400hz与500hz。
27、进一步的，在将双谐波注入网侧电流控制环给定处后，所对应的谐波分量将出现在网侧电流与单相脉宽调制整流器ab两点间的端电压uab中，对于端电压uab的测量采用通过uab＝s0udc计算来代替，其中s0为开关函数。
28、进一步的，fft算法的采样频率设定为5.12khz，频率分辨率设定为10hz，则对应的频率分辨范围为0～2.56khz。
29、进一步的，步骤s3具体为：
30、单相脉宽调制整流器网侧电流控制环的误差传递函数为：
31、
32、其中，e(s)为网侧电流控制误差的拉普拉斯变换，isr(s)为网侧电流给定的拉普拉斯变换，is(s)为网侧电流的拉普拉斯变换；
33、因此，网侧电流控制误差的幅值表示为：
34、
35、将式kp+kr≈koω0l与s＝jω0代入网侧电流控制误差的幅值表达式，可得：
36、
37、因此，网侧电流控制误差的幅值表达式进一步改写为：
38、
39、由改写后的网侧电流控制误差的幅值表达式可知，增大增益系数ko有利于减小网侧电流控制的稳态误差；
40、采用基于routh-hurwitz判据的方法对apr控制器进行进一步参数整定，网侧电流控制环的闭环传递函数为：
41、
42、其中，分母所涉及的系数表示为：
43、
44、由于系数kp、kr与ωc均为正数，因此a0、a1、a2、a3、a4均为正数；根据routh-hurwitz判据，为了使网侧电流控制收敛，得到如下不等式组：
45、
46、将kp+kr≈koω0l与kp≈3ω0l代入，此不等式组化简为：
47、
48、其中，系数因此，简化后的不等式组即为网侧电流控制环apr控制器稳定时，控制器参数ko所应满足的上限；
49、在完成网侧电流控制环apr控制器的设计后，将网侧电流控制环集成至双闭环控制中，从而构建单相脉宽调制整流器自适应控制系统。
50、本发明的一种单相脉宽调制整流器网侧电流自适应控制系统，包括：
51、apr控制器设计单元，用于设计网侧电流控制约束条件，建立网侧电流自适应比例谐振控制器架构；包括：基于自适应比例谐振控制器的比例作用与谐振作用特性，对网侧电流控制环的开环增益进行约束，求取比例系数与谐振系数的表达式，分析表达式中网侧电感值的作用；
52、网侧电感值在线辨识单元，用于从网侧电流控制环给定处注入低幅值双频率电流谐波，在线辨识整流器网侧电感值；包括：基于单相脉宽调制整流器的网侧阻抗模型，从网侧电流控制环给定处注入双谐波，采用快速傅里叶变换提取谐波分量对应的电压电流值，求取网侧电感辨识值；
53、参数整定及自适应控制单元，用于对网侧电流自适应比例谐振控制器进行参数整定，构建单相脉宽调制整流器自适应控制系统；包括：基于网侧电流控制环的误差传递函数分析网侧电流控制约束条件的增益系数与稳态误差之间的关系，采用routh-hurwitz判据推导自适应比例谐振控制器的参数上限，将网侧电流控制环集成至单相脉宽调制整流器的双闭环控制中，从而构建完整的自适应控制系统。
54、本发明的一种电子设备，所述设备包括：
55、存储有可执行程序代码的存储器；
56、与所述存储器耦合的处理器；
57、所述处理器调用所述存储器中存储的所述可执行程序代码，执行如上述的单相脉宽调制整流器网侧电流自适应控制方法的步骤。
58、本发明的一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令被调用时，用于执行如上述的单相脉宽调制整流器网侧电流自适应控制方法的步骤。
59、有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果为：
60、(1)本发明将参数辨识算法融入了单相脉宽调制整流器网侧电流控制中，通过一套控制算法既实现了整流器网侧电感的准确辨识，又提高了整流器网侧电流控制的稳定性与鲁棒性。
61、(2)本发明所设计的单相脉宽调制整流器网侧电流控制方案结构简单，参数整定与数字实现方便，无需复杂的矩阵与迭代运算，更便于在工业界电力电子控制系统常用的数字微处理器中执行。
1.一种单相脉宽调制整流器网侧电流自适应控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种单相脉宽调制整流器网侧电流自适应控制方法，其特征在于，步骤s1具体为：
3.根据权利要求1所述的一种单相脉宽调制整流器网侧电流自适应控制方法，其特征在于，步骤s2具体为：
4.根据权利要求1或3所述的一种单相脉宽调制整流器网侧电流自适应控制方法，其特征在于，双谐波的频率分别为400hz与500hz。
5.根据权利要求3所述的一种单相脉宽调制整流器网侧电流自适应控制方法，其特征在于，在将双谐波注入网侧电流控制环给定处后，所对应的谐波分量将出现在网侧电流与单相脉宽调制整流器ab两点间的端电压uab中，对于端电压uab的测量采用通过uab＝s0udc计算来代替，其中s0为开关函数。
6.根据权利要求3所述的一种单相脉宽调制整流器网侧电流自适应控制方法，其特征在于，fft算法的采样频率设定为5.12khz，频率分辨率设定为10hz，则对应的频率分辨范围为0～2.56khz。
7.根据权利要求1所述的一种单相脉宽调制整流器网侧电流自适应控制方法，其特征在于，步骤s3具体为：
8.一种单相脉宽调制整流器网侧电流自适应控制系统，其特征在于，包括：
9.一种电子设备，其特征在于，所述设备包括：
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令被调用时，用于执行如权利要求1-7任一项所述的单相脉宽调制整流器网侧电流自适应控制方法的步骤。
