[發(fā)明專利]一種單相并聯(lián)型有源電力濾波器的非線性切換控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010260615.X
• 申請(qǐng)日: 2010-08-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101902046A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-12-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張永峰;程新功;宗西舉;陳愛(ài)賓;渠志江;趙全新;秦建華;孫岳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 濟(jì)南大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J3/01
• 分類號(hào): H02J3/01
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 37221
• 代理人: 張勇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種單相并聯(lián)型有源電力濾波器的非線性切換控制方法。

背景技術(shù)

如今，非線性負(fù)載在電力裝置和工業(yè)設(shè)備中廣泛應(yīng)用，其特有的工作特性導(dǎo)致了電網(wǎng)中含有大量諧波，嚴(yán)重污染了電能質(zhì)量。有源電力濾波器可以動(dòng)態(tài)補(bǔ)償電網(wǎng)中未知的諧波電流，同時(shí)可以克服無(wú)源濾波器共振、只能補(bǔ)償固定次數(shù)諧波等諸多缺點(diǎn)，可以有效抑制電網(wǎng)諧波。

有源電力濾波器控制策略的研究已經(jīng)是一個(gè)重要的議題。傳統(tǒng)有源電力濾波器APF(Active?Power?Filter，APF)的控制方法，都是從APF交流側(cè)出發(fā)，考慮其理想等效模型。這樣考慮有利于APF模型的解耦，實(shí)現(xiàn)其線性控制。但是對(duì)APF強(qiáng)非線性本質(zhì)缺乏深入的研究，嚴(yán)重影響了APF的補(bǔ)償精度和穩(wěn)定運(yùn)行。APF非線性控制方法的研究已經(jīng)是現(xiàn)在的發(fā)展趨勢(shì)。然而現(xiàn)有的一系列非線性控制方法，算法復(fù)雜，需要較長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)算周期，有較大延遲。因此，十分需要一種簡(jiǎn)單有效非線性控制算法來(lái)保證APF的精確補(bǔ)償和穩(wěn)定運(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了解決現(xiàn)有APF傳統(tǒng)控制方法帶來(lái)的補(bǔ)償誤差較大等問(wèn)題，提供一種單相并聯(lián)型有源電力濾波器的非線性切換控制方法，它具有簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用采用如下技術(shù)方案：

一種單相并聯(lián)型有源電力濾波器的非線性切換控制方法，

1)首先分析由于主電路功率器件的通斷造成的APF分段線性切換特性，根據(jù)實(shí)際電路參數(shù)，建立其切換系統(tǒng)模型其中A_i是系數(shù)矩陣，b是常數(shù)矩陣，兩個(gè)矩陣都是由實(shí)際電路參數(shù)決定，x是狀態(tài)變量，是由APF補(bǔ)償電流和直流側(cè)電壓組成；并且通過(guò)APF的補(bǔ)償目標(biāo)，建立其切換系統(tǒng)誤差模型誤差狀態(tài)變量Δx是由兩個(gè)誤差組成的，分別是APF補(bǔ)償電流和其期望的參考信號(hào)，以及直流側(cè)電壓和其期望的參考值之間的誤差；

2)針對(duì)APF切換系統(tǒng)誤差模型，設(shè)計(jì)模型的控制輸入u(t)，使APF切換系統(tǒng)誤差模型在零處穩(wěn)定，誤差趨于零，此時(shí)APF的補(bǔ)償電流跟蹤期望的參考信號(hào)，直流側(cè)電壓可以穩(wěn)定在期望值，從而保證APF的補(bǔ)償效果，首先根據(jù)APF分段線性的性質(zhì)，使用線性系統(tǒng)理論的方法計(jì)算每個(gè)子系統(tǒng)的李亞譜諾夫函數(shù)V_i＝x^TP_ix，即求解不等式其中I是單位矩陣，然后判斷：

①判斷每個(gè)子系統(tǒng)是否運(yùn)動(dòng)在區(qū)域如果有子系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)在該區(qū)域，說(shuō)明該子系統(tǒng)是收斂的，系統(tǒng)的誤差狀態(tài)變量是趨于零的，則使切換系統(tǒng)應(yīng)該切換到相應(yīng)的子系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)系統(tǒng)的控制輸入其中，arg表示取滿足表達(dá)式的下標(biāo)；

②如果子系統(tǒng)都運(yùn)動(dòng)在該區(qū)域中，說(shuō)明此時(shí)兩個(gè)子系統(tǒng)都是收斂的，兩個(gè)子系統(tǒng)均可以使系統(tǒng)的狀態(tài)變量趨于零，則計(jì)算使切換系統(tǒng)切換到控制輸入決定的子系統(tǒng)，以保證APF的收斂速度是最快的；

3)根據(jù)上述方法得到的控制輸入u(t)，控制APF主電路功率器件的通斷，APF實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)中諧波電流的精確補(bǔ)償。

2.如權(quán)利要求1所述的單相并聯(lián)型有源電力濾波器的非線性切換控制方法，其特征是，所述步驟1)的具體步驟為：

①根據(jù)基爾霍夫電壓電流定律，建立單相并聯(lián)型有源電力濾波器的切換系統(tǒng)模型，得到形如的狀態(tài)方程，其中A_i為系數(shù)矩陣，i＝1或2，分別代表兩種功率模塊導(dǎo)通的情況，x為狀態(tài)變量，即APF補(bǔ)償電流和直流側(cè)電壓，b為常數(shù)陣；

②根據(jù)APF補(bǔ)償目標(biāo)，寫出期望APF補(bǔ)償后的電網(wǎng)電流，即電網(wǎng)電流參考信號(hào)其頻率是50Hz，幅值是電壓環(huán)PI控制器的輸出，將電網(wǎng)電流參考信號(hào)減去負(fù)載電流，得到APF補(bǔ)償電流的參考信號(hào)；將上述補(bǔ)償電流參考信號(hào)和直流側(cè)電壓的參考信號(hào)作為APF切換系統(tǒng)的參考狀態(tài)變量，得到APF的切換系統(tǒng)參考模型

③將APF切換系統(tǒng)模型減去切換系統(tǒng)參考模型，得到APF切換系統(tǒng)誤差模型其中Δx是切換系統(tǒng)狀態(tài)變量的誤差，即APF補(bǔ)償電流和其期望的參考信號(hào)，以及直流側(cè)電壓和其期望的參考值之間的誤差。

本發(fā)明的技術(shù)效果在于：

1)本發(fā)明是基于APF的切換系統(tǒng)模型，該模型沒(méi)有任何近似、線性化等處理，準(zhǔn)確反映了APF的實(shí)際工作特性，精確的數(shù)學(xué)模型為控制策略提供了有力的保證。

2)本發(fā)明以補(bǔ)償電流與其參考信號(hào)、直流側(cè)電壓與其參考信號(hào)之間誤差為出發(fā)點(diǎn)，設(shè)計(jì)使誤差趨于零的切換控制策略，完成補(bǔ)償電流的精確跟蹤和直流側(cè)電壓的穩(wěn)定，從而使APF完成對(duì)電網(wǎng)諧波的精確補(bǔ)償。

3)本發(fā)明不涉及復(fù)雜運(yùn)算，APF的控制策略簡(jiǎn)單有效，運(yùn)行周期短。

附圖說(shuō)明