一种有源电力滤波器的新型动态滑模控制方法技术

本发明专利技术公开一种有源电力滤波器的新型动态滑模控制方法，包含如下步骤：步骤1、建立三相三线制有源电力滤波器的数学模型；步骤2、利用Clark变换简化上述数学模型；步骤3、针对上述简化后的模型设计一种含有积分型切换增益的动态滑模控制器。依据本发明专利技术方法所设计的控制器能快速、无静差的跟踪指令参考电流，并同时具有较好的稳态、动态性能以及一定的消除抖振能力。本发明专利技术方法具有较好的补偿性能，能抑制电路中的谐波，提高电网质量。

【技术实现步骤摘要】
一种有源电力滤波器的新型动态滑模控制方法
本专利技术涉及一种含有积分型切换增益的动态滑模控制方法在三相并联电压型有源电力滤波器上的应用，具体为一种有源电力滤波器的新型动态滑模控制方法。
技术介绍
自20世纪80年代以来，电力电子技术被广泛应用在社会的生产和生活领域中，然而这一类非线性电力电子装置的应用，会对电网电流造成畸变，影响电网质量。畸变后的谐波如果直接并入电网系统往往会造成串并联谐振、增大线路负荷、影响周围通信设备的通信质量等问题，上述一系列问题严重时会引起安全隐患，因此尽可能消除或抑制谐波是当今电网系统的研究热点。目前谐波抑制技术主要有两种：一种是通过改造发电和用电设备，尽可能减少谐波的产生，然而该方法需要改变原有设备的构造，是一种很不经济的谐波抑制方法；另一种是通过在用户侧安装滤波装置进行谐波抑制，滤波装置主要有无源滤波器和有源滤波器。无源滤波器被广泛应用在工业领域，然而无源滤波器仅能滤除特定的谐波，受阻抗营销较大，补偿效果不佳。有源滤波器则拥有补偿范围广，精度高，同时补偿谐波和无功功率等优点，是治理谐波的最佳手段。因此，随着人们对用电要求越来越严格，有源滤波器的应用将得到越来越多的重视。有源电力滤波器的补偿性能除了受谐波检测技术的影响外，还受到控制器的影响。然而由于国内对有源电力滤波器控制理论的研究不够深入，现有的大部分控制方法达不到很好的补偿性能。为了解决有源电力滤波器控制性能不佳的问题，本专利技术设计了一种含有积分型切换增益的动态滑模控制器，并将其应用于三相并联型有源电力滤波器中。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种有源电力滤波器的新型动态滑模控制方法，该方法具有较好的补偿性能，能抑制电路中的谐波，提高电网质量。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种有源电力滤波器的新型动态滑模控制方法，包含以下步骤：步骤1、建立三相坐标系下有源电力滤波器的一般数学模型；步骤2、利用Clark变化原理简化上述一般数学模型；步骤3、针对上述简化后的数学模型，设计一种含有积分型切换增益的动态滑模控制器。优选地，步骤1中，建立三相坐标系下有源电力滤波器的一般数学模型如下：其中，va,vb,vc为有源电力滤波器与电网连接点相对于地N的电压，ica,icb,icc为三相补偿电流，uNN'为中性点之间的电压，Udc为有源电力滤波器直流侧电压，L为电感，R为电阻，Sa,Sb,Sc为开关函数。进一步地，根据电路理论和基尔霍夫定理可得到如下数学模型：其中，va,vb,vc为有源电力滤波器与电网连接点相对于地N的电压，ica,icb,icc为三相补偿电流，uNN'为中性点之间的电压，uaN',ubN',ucN'为有源电力滤波器交流侧三相输出电压。将上述的开关函数用Si(i＝a,b,c)表示，Si表示第i相桥臂IGBT开关状态，其中：利用式(1.2)可以建立有源电力滤波器交流侧输出电压：将式(1.3)带入式(1.1)，即得到有源电力滤波器的一般数学模型，表示为式(1)。优选地，步骤2中，利用Clark变化原理将式(1)简化为：进一步地，Clark变化的基本思想是把三相旋转、互差120°的abc坐标系中的变量变化到两相静止、互差90°的αβ坐标系中，三相旋转坐标系到两相静止坐标系的变换矩阵如下：优选地，将式(2)转换为如下矩阵形式，此矩阵形式表示有源电力滤波器的动态方程：其中，x＝[iαiβ]T，u＝[SαSβ]T，d为未知扰动，满足|d|＜D。进一步地，由于式(2)中两个方程不存在共用的未知变量，因此不存在耦合关系，故可将简化后的有源电力滤波器数学模型写成式(3)的矩阵形式，式(3)的矩阵形式表示有源电力滤波器的动态方程。优选地，基于式(3)设计有源电力滤波器的含有积分型切换增益的动态滑模控制器，u为控制器输出。优选地，步骤3中设计一种含有积分型切换增益的动态滑模控制器的目的，是使有源电力滤波器的输出x尽可能无静差的跟踪给定信号r，具体设计过程包含如下步骤：(1)定义跟踪误差：e＝r-x(4)其中x为滤波器输出的电流信号，r为参考电流信号，则跟踪误差e的一阶导数为：定义动态滑模切换面S＝ce+Du，为了使控制系统稳定，要求D>0，c<0；(2)对动态滑模切换面求时间的导数，得到：令求出如下等效控制项(3)为了消除有源电力滤波器动态方程(3)中未知扰动d对控制系统的影响，选取如下积分型切换控制项：其中(4)最终设计的含有积分型切换增益的动态滑模控制器为：具体地，上述设计的动态滑模切换面与系统控制输入的一阶导数有关，能将不连续项转移到控制的一阶导数中，得到时间上本质连续的动态滑模控制律，有效降低抖振。具体地，上述选取的切换控制项能使系统状态远离切换面时切换增益较大，此时系统快速趋向切换面；当系统状态趋近切换面时，此时切换增益也将趋近为零。这一设计能有效消除抖振。具体地，上述求解出的控制器为一阶导数形式，在实际控制有源电力滤波器的IGBT时，需要先对控制器的输出u求解积分。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1)针对于传统控制方法中由于控制精度不高而导致有源电力滤波器的性能无法充分发挥的缺陷，本专利技术利用李雅普诺夫理论，并结合滑模控制对未知扰动不敏感的特点，针对有源力滤波器这一非线性系统设计了含有积分型切换增益的动态滑模控制器；2)本专利技术设计的控制器能较好的克服有源电力滤波器的未知扰动，增强系统的控制精度，有效降低电网电流的畸变率；3)通过与普通滑模的MATLAB仿真对比可以看出，本专利技术提出的控制器拥有更好的动态和稳态性能以及削弱抖振的能力。附图说明图1为本专利技术中有源电力滤波器的新型动态滑模控制方法的示意图；图2为本专利技术的三相并联电源型有源电力滤波器的主电路拓扑示意图；图3为本专利技术具体实施例中有源电力滤波器补偿后电网电流曲线图；图4为本专利技术具体实施例中有源电力滤波器直流侧电压变化曲线示意图；图5为本专利技术具体实施例中补偿前电网电流畸变率示意图；图6为本专利技术具体实施例中负载变化后稳定的电网电流畸变率示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术中的附图，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，一种有源电力滤波器的新型动态滑模控制方法，包括以下步骤：步骤1、建立三相坐标系下有源电力滤波器的一般数学模型，如下所示：其中，va,vb,vc为有源电力滤波器与电网连接点相对于地N的电压，ica,icb,icc为三相补偿电流，uNN'为中性点之间的电压，Udc为有源电力滤波器直流侧电压，L为电感，R为电阻，Sa,Sb,Sc为开关函数。具体地，结合图2，根据电路理论和基尔霍夫定理可得到如下数学模型：其中，va,vb,vc为有源电力滤波器与电网连接点相对于地N的电压，ica,icb,icc为三相补偿电流，uNN'为中性点之间的电压，uaN',ubN',ucN'是有源电力滤波器交流侧三相输出电压。为了表示IGBT导通状态，定义如下开关函数：其中i＝a,b,c。利用式(1.2)可以建立有源电力滤波器交流侧输出电压：将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有源电力滤波器的新型动态滑模控制方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤1、建立三相坐标系下有源电力滤波器的一般数学模型；步骤2、利用Clark变化原理简化上述一般数学模型；步骤3、针对上述简化后的数学模型，设计一种含有积分型切换增益的动态滑模控制器。

【技术特征摘要】
1.一种有源电力滤波器的新型动态滑模控制方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤1、建立三相坐标系下有源电力滤波器的一般数学模型；步骤2、利用Clark变化原理简化上述一般数学模型；步骤3、针对上述简化后的数学模型，设计一种含有积分型切换增益的动态滑模控制器。2.根据权利要求1所述的一种有源电力滤波器的新型动态滑模控制方法，其特征在于，步骤1中，建立三相坐标系下有源电力滤波器的一般数学模型如下：其中，va,vb,vc为有源电力滤波器与电网连接点相对于地N的电压，ica,icb,icc为三相补偿电流，uNN'为中性点之间的电压，Udc为有源电力滤波器直流侧电压，L为电感，R为电阻，Sa,Sb,Sc为开关函数。3.根据权利要求1所述的一种有源电力滤波器的新型动态滑模控制方法，其特征在于，步骤2中，利用Clark变化原理将式(1)简化为：4.根据权利要求3所述的一种有源电力滤波器的新型动态滑模控制方法，其特征在于，将式(2)转换为如下矩阵形式，此矩阵形式表示有源电力滤波器的动态方程：...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈云，费峻涛，钱梦，
申请(专利权)人：河海大学常州校区，
类型：发明
国别省市：江苏,32