[發明專利]一種基于觀測器的有源電力濾波器自適應動態滑模方法

有效

• 申請號: 202010782813.6
• 申請日: 2020-08-06
• 公開（公告）號: CN111781838B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 陳云;費峻濤;陳放
• 申請（專利權）人: 河海大學常州校區
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 丁濤

本發明公開了一種基于觀測器的有源電力濾波器自適應動態滑模方法，包括以下步驟：S1，定義開關函數H，建立單相有源電力濾波器動力學方程，定義動力學方程的狀態變量得到二階通用數學模型表達式；S2，定義有限時間干擾觀測器的微分方程；S3，定義跟蹤誤差及其一階導數，然后定義動態終端滑模面，求取等效控制項，將等效控制項、切換控制項和擾動補償項相加得到理想控制律；S4，構建雙隱層遞歸神經網絡，利用神經網絡的最優逼近特性來逼近切換控制項的切換增益，得到自適應滑模控制律，并進行穩定性證明。本發明擁有很好的抗干擾和動態補償能力，并能實現較低的電源電流總諧波畸變率。

技術領域

本發明涉及一種基于觀測器的有源電力濾波器自適應動態滑模方法，屬于智能控制技術領域。

背景技術

電網系統是生產和生活中的主要能量來源，而諧波電流的存在會直接影響電網系統的安全穩定運行，在用戶并網測并聯一個有源電力濾波器是解決諧波電流的一種可靠方法。然而限制有源電力濾波器發展的關鍵技術主要包含兩點：第一，如何精確測量電網系統中的參考諧波電流含量；第二，如何設計電流控制器，以實現高精度的電流跟蹤效果，即諧波補償電流跟蹤諧波參考電流。瞬時無功功率理論的發展為諧波檢測算法奠定了基礎，基于瞬時無功功率的諧波檢測算法是目前廣泛接受的檢測方法。然而電流控制器的設計卻沒有值得大力推廣的方法，目前市面上應用最多的電流控制器包括滯環控制和PI控制等傳統算法，這一類算法理論簡單，易于實現，但補償效果不佳，無法發揮有源電力濾波器的優勢。

發明內容

為解決傳統控制算法的電流控制精度不高的問題，本發明提供一種基于觀測器的有源電力濾波器自適應動態滑模方法，它能夠實現快速且無靜差的電流跟蹤，并實現較低的電網電流畸變率。

本發明中主要采用的技術方案為：

一種基于觀測器的有源電力濾波器自適應動態滑模方法，包括以下步驟：

S1，定義開關函數H來表示有源電力濾波器物理模型中開關管的導通情況，根據開關函數H的定義以及基爾霍夫定理建立單相有源電力濾波器動力學方程，然后根據動力學方程的狀態變量i為x，得到x的二階導數的通用數學模型；

S2，為了補償系統中的未知擾動影響，定義有限時間干擾觀測器的微分方程；

S3，定義跟蹤誤差及其一階導數，然后定義動態終端滑模面，通過滑模面求取等效控制項，通過干擾觀測器微分方程求取擾動補償項，并考慮切換控制項，將等效控制項、切換控制項和未知擾動補償項相加得到理想的動態終端滑模控制律；

S4，構造雙隱層遞歸神經網絡，通過網絡輸出逼近切換控制項的切換增益，最終實現自適應動態終端滑模控制律，并進行穩定證明。

優選地，所述步驟S1的具體步驟如下：

S1-1：單相有源電力濾波器物理模型包含四個電力電子開關管，根據電路理論，開關管一共兩種情況，因此開關函數H具體定義為：

S1-2：根據定義的開關函數H以及基爾霍夫定理，建立單相有源電力濾波器動力學方程如下所示：

其中，i表示諧波補償電流，U_MN＝U_dc*H為有源電力濾波器交流側電壓；

S1-3：定義狀態變量x₁＝i，x₂＝di/dt，在考慮和時間相關的不確定性擾動函數g(t)有界的情況下，單相有源電力濾波器二階數學模型如下所示：

其中，是已知標稱函數；在標稱函數中，L是交流側線路總電感，R是交流側線路總電阻，U_dc是直流側電壓，U_s是電網電壓，定義控制變量為u＝H，不確定擾動界限滿足