【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及有源电力滤波，具体地说，涉及基于分数阶滑模控制的有源电力滤波器及滤波方法。
技术介绍
1、如冶炼企业、工矿企业等高能耗企业存在大量非线性负荷，这些负荷将产生大量谐波，并且未在源头进行治理，从而导致并网点电能质量变差。另外，高能耗企业为了使自身企业的功率因数符合供电局要求，将通过在进线处并联一定容量的电容器来提高或稳定功率因素。与此同时，在一定频率范围内，可能满足并联谐振条件，造成谐波放大，使电压和电流波形发生严重畸变和过冲现象，影响了周边许多居民用户的大量家电正常使用和电力系统的安全运行。此外，当谐波电流在电网中流动时，产生线路有功功率损耗和线路过热等问题，以及严重的谐波问题造成断路器的开断能力降低和发生误动现象。
2、目前，采用滤波器设备进行滤波的方式主要有三种，分别为无源滤波器、有源滤波器和混合式滤波器三种方式。在治理低次特征谐波时，主要采用单调谐滤波器，主要成本较低，能实现治理效果；在治理高次谐波时，主要采用高通滤波器。这两种滤波器均为无源滤波器，具有补偿单一特性，只能滤除单种特征谐波。当电力系统中的中频谐波含量丰富并且发生变化时，无源电力滤波器不能根据实际情况进行动态调整，滤波效果大大降低，因而其应用范围被极大限制。与无源滤波器相比，有源滤波器对谐波电流进行快速跟踪和动态补偿，并且滤除的谐波动态范围大等优点。因此，有源电力滤波器作为一种抑制谐波、提高电网电能质量的有效设备，在谐波治理中得到了广泛应用。
3、当前，有源滤波器的模型多样化，采用的控制方法也是千差万别，所以未能形成有源电力
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种有源电力滤波器的控制装置及方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
2、为实现上述技术问题的解决，本专利技术的目的之一在于，提供了一种有源电力滤波器的控制装置，包括顺序连接的直流电源、直流电容c、逆变器，所述逆变器的三个输出端分别通过串联的电感l和电阻r连接三相电源母线；
3、该有源电力滤波器还包括直流侧电压pi控制器、谐波分离模块、补偿电流跟踪控制器和pwm驱动模块；
4、所述直流侧电压pi控制器用于基于pi控制原理，控制所述直流电源的输出电压udc稳定在参考电压uref，解决直流侧电压波动对有源电力滤波器(apf)稳定运行的影响；
5、所述谐波分离模块用于基于瞬时功率理论中的ip-iq算法，从电网电流中分离出三相谐波电流；
6、所述补偿电流跟踪控制器用于将所述三相谐波电流与逆变输出三相电流的差值即谐波电流跟踪误差作为输入，基于分数阶pi滑模控制原理计算得到对应的控制信号输出至所述pwm驱动模块；
7、所述pwm驱动模块基于所述控制信号驱动所述逆变器。
8、作为本技术方案的进一步改进，所述补偿电流跟踪控制器包括分数阶pi滑模面模块、鲁棒切换模块和分数阶滑模控制器；
9、所述分数阶滑模面模块用于选择如下分数阶pi滑模面s即s(t)：
10、
11、其中，0＜α＜1，α为分数阶阶数，kp＞0为e(t)的系数，ki＞0为分数阶积分的系数，d为微分算子，x(0,x)为分数阶微积分区间；e(t)为与时间t相关的三相谐波电流跟踪误差，表达式为即为与时间t相关的三相谐波电流，ik(t)即ik，ik为所述逆变器输出的连接于三相母线上的三相电流，ik(t)为ik的时域表达，k＝a,b,c分别对应a相、b相、c相；
12、所述鲁棒切换模块用于设计如下滑模新型幂次趋近律：
13、s&＝-l1|s|βtanh(s)-l2s
14、其中，s&为s的导数，0＜β＜1且为常数，l1和l2均为大于0的常数，tanh()为双曲正切函数；
15、所述分数阶滑模控制器用于基于所述分数阶滑模面s和所述滑模趋近律，以lyapunov函数作为稳定性函数，计算得到控制函数u；
16、所述pwm驱动模块基于所述控制函数u选择系统动力学函数进行计算，得到相应的控制信号作用于所述逆变器的三个桥臂。
17、作为本技术方案的进一步改进，所述分数阶滑模控制器选择的控制函数u为：
18、
19、其中，表示控制增益，表示三相谐波电流的导数，0＜β＜1且为常数，表示系统函数，usk，k＝a，b，c为a、b、c三相电源电压。
20、作为本技术方案的进一步改进，所述pwm驱动模块选择的系统动力学函数为：
21、x&＝f(x)+g(x)u
22、其中，x＝ik，k＝a，b，c为状态变量，x&为状态变量的导数。
23、本专利技术的目的之二在于，提供了一种有源电力滤波器的控制方法，该方法是利用上述的一种有源电力滤波器的控制方法实现有源电力滤波的，包括如下步骤：
24、s1、采用逆变器并将所述逆变器的三个输出端分别通过串联的电感l和电阻r连接三相电源母线，并将所述逆变器的前端通过直流电容c连接直流电源；
25、s2、基于pi控制原理，控制所述直流电源的输出电压udc稳定在参考电压uref；
26、s3、基于瞬时功率理论中的ip-iq算法，从电网电流中分离出三相谐波电流；
27、s4、将所述三相谐波电流与逆变输出三相电流的差值即谐波电流跟踪误差作为输入，基于分数阶pi滑模控制原理计算得到对应的控制信号；
28、s5、基于所述控制信号驱动所述逆变器。
29、作为本技术方案的进一步改进，所述步骤s4具体包括如下步骤：
30、s4.1、设计如下分数阶pi滑模面s即s(t)：
31、
32、其中，0＜α＜1，α为分数阶阶数，kp＞0为e(t)的系数，ki＞0为分数阶积分的系数，d为微分算子，x(0，x)为分数阶微积分区间；e(t)为与时间t相关的三相谐波电流跟踪误差，表达式为即为与时间t相关的三相谐波电流，ik(t)即ik，ik为所述逆变器输出的连接于三相母线上的三相电流，ik(t)为ik的时域表达，k＝a，b，c分别对应a相、b相、c相；
33、s4.2、选择如下新型幂次趋近律：
34、s&＝-l1|s|βtanh(s)-l2s
35、其中，s&为s的导数，0＜β＜1常数，l1和l2均为大于0的常数，tanh()为双曲正切函数；
36、s4.3、基于所述分数阶pi滑模面s和所述滑模趋近律，以lyapunov函数作为稳定性函数，选择控制函数u；
37、s4.4、基于所述控制函数u选择系统动力学函数进行计本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种有源电力滤波器的控制装置，其特征在于：包括顺序连接的直流电源、直流电容C、逆变器，所述逆变器的三个输出端分别通过串联的电感L和电阻r连接三相电源母线；
2.根据权利要求1所述的一种有源电力滤波器的控制装置，其特征在于：所述补偿电流跟踪控制器包括分数阶PI滑模面模块、鲁棒切换模块和分数阶滑模控制器；
3.根据权利要求2所述的一种有源电力滤波器的控制装置，其特征在于：所述分数阶滑模控制器选择的控制函数u为：
4.根据权利要求3所述的一种有源电力滤波器的控制装置，其特征在于：所述PWM驱动模块选择的系统动力学函数为：
5.一种有源电力滤波器的控制方法，该方法是利用权利要求1-4任一所述的一一种有源电力滤波器的控制装置实现有源电力滤波的，其特征在于，包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的有源电力滤波器的控制方法，其特征在于：所述步骤S4具体包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的有源电力滤波器的控制方法，其特征在于：所述步骤S4.3中，选择的控制函数u为：
8.根据权利要求6所述的有源电力滤波器
...【技术特征摘要】
1.一种有源电力滤波器的控制装置，其特征在于：包括顺序连接的直流电源、直流电容c、逆变器，所述逆变器的三个输出端分别通过串联的电感l和电阻r连接三相电源母线；
2.根据权利要求1所述的一种有源电力滤波器的控制装置，其特征在于：所述补偿电流跟踪控制器包括分数阶pi滑模面模块、鲁棒切换模块和分数阶滑模控制器；
3.根据权利要求2所述的一种有源电力滤波器的控制装置，其特征在于：所述分数阶滑模控制器选择的控制函数u为：
4.根据权利要求3所述的一种有源电力滤波器的控制装置，其特征在于：所述pwm驱动...
【专利技术属性】
技术研发人员：孔垂锐，段宜，陈凤仙，李靖鑫，文虎标，陈杜海，夏巍，方紫辉，庄原，李涛，彭密艳，袁杰，许培林，缪韫，詹文英，
申请(专利权)人：云南电网有限责任公司曲靖供电局，
类型：发明
国别省市：
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