[發(fā)明專利]一種用于有源電力濾波器的全程滑模變結(jié)構(gòu)控制方法

有效

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• 申請日: 2013-08-08
• 公開（公告）號: CN103414193A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉國海;張琛;陳兆嶺;孫京京
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學
• 主分類號: H02J3/01
• 分類號: H02J3/01
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 李媛媛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及有源電力濾波器(APF)的控制方法，具體采用全程滑模變結(jié)構(gòu)控制方法對有源電力濾波器的電流跟蹤進行控制，屬于電能質(zhì)量技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著電力電子裝置的廣泛應用，各類非線性負載產(chǎn)生的諧波和無功電流對電網(wǎng)造成了嚴重影響。有源電力濾波器作為一種抑制諧波的有效措施被廣泛研究和應用。并聯(lián)有源電力濾波器的原理是使變流器產(chǎn)生實時跟蹤指令電流i_c^*的補償電流i_c，兩者大小相等，方向相反，從而使電網(wǎng)側(cè)電流i_s中不含諧波和無功成分。

常見的電流跟蹤的控制方法有滯環(huán)控制、三角載波控制等。滯環(huán)控制具有靈活、響應快、精度較高等優(yōu)點，但它對于開關(guān)頻率的要求較高，并且開關(guān)頻率不固定。三角載波控制的特點是開關(guān)頻率固定、電路實現(xiàn)簡單，但三角載波應用在指令電流中的高頻分量時，控制性能有所下降。此外，還有單周控制、無差拍控制、空間矢量控制等方法，但都沒得到廣泛應用。

目前，有文獻報導對有源電力濾波器定常滑模變結(jié)構(gòu)控制進行研究，在對有源電力濾波器建立數(shù)學模型的基礎(chǔ)上，得出滑模變結(jié)構(gòu)控制的一般控制律，從而使系統(tǒng)對參數(shù)的變化以及外部干擾具有不靈敏性。另外，響應快速、動態(tài)品質(zhì)良好也是定常滑模控制的突出優(yōu)點。但是，系統(tǒng)只有在滑動階段才具有魯棒性及參數(shù)不靈敏性，因此有文獻報導對全程滑模變結(jié)構(gòu)控制在航空發(fā)動機系統(tǒng)以及永磁同步電機調(diào)速中進行研究，而在有源電力濾波器中尚未見文獻報導。該控制方法最突出的優(yōu)點是使系統(tǒng)的運動軌跡一開始就落在滑模面上，能有效地縮短系統(tǒng)進入滑模運動狀態(tài)的時間，避免了定常滑模變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)在到達階段對擾動靈敏的特性，且其控制率的設(shè)計可以改善系統(tǒng)的瞬態(tài)性能、克服未知參數(shù)攝動的影響。

基于此，本發(fā)明將全程滑模變結(jié)構(gòu)控制技術(shù)應用到并聯(lián)型有源電力濾波器中，實現(xiàn)對三相電流的跟蹤控制。

發(fā)明內(nèi)容

并聯(lián)型有源電力濾波器(APF)常見的一些電流跟蹤控制方法具有相應速度慢、易受自身參數(shù)和外界干擾影響等缺點。本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提出了一種基于全程滑模變結(jié)構(gòu)控制的有源電力濾波器控制方法，將其應用于有源電力濾波器，以提高系統(tǒng)動態(tài)性能和魯棒性。

具體技術(shù)方案如下：

一種用于有源電力濾波器的全程滑模變結(jié)構(gòu)控制方法，包括如下步驟：

（1）通過建立在直角坐標系下并聯(lián)有源電力濾波器的狀態(tài)空間數(shù)學模型，得到以三相補償電流為狀態(tài)變量的數(shù)學模型；

（2）設(shè)計全程滑模變結(jié)構(gòu)控制器，使狀態(tài)點的運動軌跡一開始便落在設(shè)計好的滑模面上，其中包括全程滑模變結(jié)構(gòu)切換超平面的設(shè)計和全程滑態(tài)變結(jié)構(gòu)控制律的設(shè)計，控制律的設(shè)計是將系統(tǒng)狀態(tài)穩(wěn)定地保持在滑動模態(tài)上；當滑模面取值為0時，表示跟蹤誤差為0，三相補償電流被完全準確跟蹤；

（3）通過構(gòu)造開關(guān)函數(shù)得到驅(qū)動開關(guān)管的PWM信號，使補償電流快速地跟蹤指令電流，使電網(wǎng)電流被補償為穩(wěn)定平衡的正弦電流。

所述步驟（2）全程滑模變結(jié)構(gòu)控制器的滑模函數(shù)為S(x，t)=Cx-CE(t)x(0)，其中定義全程滑動模態(tài)因子為W(t)=CE(t)x(0)，這是一個隨時間變化的量，該量在滑模函數(shù)中出現(xiàn)，能有效縮短狀態(tài)點到達滑模態(tài)的時間，這里，S(x，t)為滑模切換函數(shù)；C為滑動模態(tài)參數(shù)；E(t)為指數(shù)函數(shù)；x為狀態(tài)變量。

所述步驟（2）中為了消除高頻振顫，采用如下公式消顫：

Mi(S)=si||Si||+δi,i=1,2,···,m]]>