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内容概要:本文详细研究了极小母线电容多端口变换器直流侧电流纹波抑制技术,针对传统大容量电解电容存在的体积大、成本高、寿命短等问题,提出了一种基于PR+重复控制的定频抑制策略和频率自适应重复控制的变频抑制策略。文章首先建立了多端口变换器模型并分析了纹波特性,接着设计了复合控制器以提高控制精度,并改进了锁相环结构以实现频率自适应抑制。通过仿真和硬件在环实验验证了所提方法的有效性,结果表明该方案不仅有效抑制了纹波,还大幅减少了电容体积和成本,提升了系统的可靠性和效率。此外,文中还探讨了频率波动对重复控制增益的影响,提出了虚拟采样延时单元和改进型SOGI-PLL结构等创新点,进一步增强了系统的频率适应能力和动态响应速度。; 适合人群:具备电力电子、自动化控制等相关背景,对电力变换器设计及控制算法有一定了解的研发人员和技术爱好者。; 使用场景及目标:①适用于光伏逆变器、电动汽车车载充电机、数据中心UPS等场合;②旨在帮助工程师理解如何通过先进的控制算法实现多端口变换器的小型化、轻量化和高效化,同时确保良好的纹波抑制性能。; 其他说明:文中不仅提供了详细的理论分析,还给出了大量可运行的Python代码示例,便于读者理解和实践。此外,文章还讨论了未来的研究方向,如多频点协同控制、AI参数自整定等,为后续研究提供了思路。
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# 极小母线电容多端口变换器直流侧电流纹波抑制技术研究
## 1. 论文标题
**《极小母线电容多端口变换器直流侧电流纹波抑制技术研究》**
## 2. 内容概括(不超过 200 字)
该论文研究了多端口变换器在极小母线电容情况下的直流侧电流纹波抑制技术。通过分析纹波
产生机理及影响,提出了基于 PR+重复控制的定频抑制策略和频率自适应重复控制的变频抑
制策略。论文首先建立变换器模型并分析纹波特性,然后设计复合控制器提高控制精度,最后
改进锁相环结构实现频率自适应抑制。仿真和硬件在环实验验证了所提方法的有效性,为多端
口变换器的小型化、轻量化提供了解决方案。
## 3. 论文复现代码及解释
### 3.1 多端口变换器建模与纹波分析
```python
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from scipy import signal
# 系统参数
Vdc = 400 # 直流母线电压(V)

Cbus = 10e-6 # 母线电容(F)
L = 1e-3 # 电感(H)
R = 0.1 # 等效电阻(Ω)
fs = 20e3 # 开关频率(Hz)
f_ac = 100 # 交流侧频率(Hz)
# 建立变换器传递函数模型
s = signal.TransferFunction.s
G_inv = 1/(L*Cbus*s**2 + R*Cbus*s + 1) # 逆变器端口传递函数
# 纹波电流分析
t = np.linspace(0, 0.1, 5000)
i_ripple = 5 * np.sin(2*np.pi*f_ac*t) # 100Hz 纹波电流
# 绘制纹波电流波形
plt.figure(figsize=(10,4))
plt.plot(t, i_ripple)
plt.title('直流侧电流纹波波形 (100Hz)')
plt.xlabel('时间(s)')
plt.ylabel('电流(A)')

plt.grid()
plt.show()
```
**中文解释**:
1. 定义了多端口变换器的关键参数:直流母线电压、母线电容、电感等
2. 建立了逆变器端口的传递函数模型
3. 模拟了 100Hz 的直流侧纹波电流并绘制波形
4. 展示了减小母线电容后明显的低频纹波现象
### 3.2 PR+重复控制复合控制器设计
```python
# PR 控制器设计
Kp = 2.5 # 比例系数
Kr = 150 # 谐振系数
omega_c = 5 # 带宽(rad/s)
omega0 = 2*np.pi*f_ac # 谐振频率(100Hz)
# PR 控制器传递函数
num_PR = [Kp, Kp*omega_c, Kp*omega0**2 + Kr*omega_c]

den_PR = [1, omega_c, omega0**2]
G_PR = signal.TransferFunction(num_PR, den_PR)
# 重复控制器设计
N = int(fs/f_ac) # 延时点数
Q = 0.95 # 补偿系数
S = 0.5 # 稳定性系数
# 重复控制传递函数(离散化)
z = signal.TransferFunction.z
G_repeat = Q*z**(-N)/(1 - Q*z**(-N))
# 复合控制器并联
G_comp = G_PR + G_repeat
# 绘制频率响应
w = np.logspace(1, 4, 1000)
w, mag_PR, phase_PR = signal.bode(G_PR, w)
w, mag_rep, phase_rep = signal.bode(G_repeat, w)
w, mag_comp, phase_comp = signal.bode(G_comp, w)
plt.figure(figsize=(12,6))

plt.semilogx(w, mag_PR, label='PR 控制器')
plt.semilogx(w, mag_rep, label='重复控制器')
plt.semilogx(w, mag_comp, label='复合控制器')
plt.axvline(omega0, color='r', linestyle='--', label='100Hz 谐振点')
plt.title('控制器频率响应')
plt.xlabel('频率(rad/s)')
plt.ylabel('增益(dB)')
plt.legend()
plt.grid()
plt.show()
```
**中文解释**:
1. 设计了准 PR 控制器,在 100Hz 处提供高增益以抑制纹波
2. 设计了重复控制器,通过延时环节消除周期性扰动
3. 将两种控制器并联形成复合控制器
4. 绘制了各控制器的频率响应曲线,显示复合控制器在 100Hz 处有最高增益
### 3.3 频率自适应重复控制实现
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