[发明专利]有源电力滤波器的反馈线性化双滞环复合控制器实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种有源电力滤波器的反馈线性化双滞环复合控制方法，具体是一种有源电力滤波器的反馈线性化双滞环复合控制器及其实现。

背景技术

随着电力电子装置日益广泛的应用，电网负载也日趋复杂。电力负载的非线性、冲击性和不平衡的用电特性，使电网中的谐波污染日趋严重，同时也给电网带来了额外的无功负担。理想的公用电网所提供的电压应该是工频基波电压。谐波电压和谐波电流的出现，对公用电网是一种污染，它使用电设备所处的环境恶化，也给周围的通信系统和公用电网以外的设备带来危害。伴随着信息时代对电能质量的要求越来越高，对电力系统的谐波、无功电流进行滤波和补偿，已成为电力系统领域所面临的一个重大课题，受到国内外越来越多的关注。

利用有源电力滤波器进行谐波和无功补偿，是今后的一个发展趋势。有源电力滤波器是一种动态抑制谐波和补偿无功的电力电子装置，它能对频率和大小都发生变化的谐波和无功进行补偿。有源电力滤波器主电路逆变器的脉冲宽度调制技术是有源滤波器的关键技术之一，目前常用于有源滤波器的脉冲宽度调制技术主要有两类，即滞环跟踪控制和三角波比较控制。滞环跟踪控制精度较高且响应快，但开关频率不稳定，容易引起脉冲电流和开关噪声；三角波比较控制开关频率恒定，装置安全性高，但响应较慢，精度较低。此外，无差拍控制策略具有数学推导严密、跟踪无过冲、动态性能好等优点，但是在负荷扰动和非线性负荷下控制效果不好。单周控制作为一种非线性控制方法，它同时具有调制和控制的双重性，但需要快速复位的积分电路，且对负载扰动的抑制能力差。同时，上述各种控制方法都没能解决有源电力滤波器系统数学模型的非线性及参数耦合问题。

邓卫华等人在《中国电机工程学报》，25卷7号，2005年发表的“三相电压型PWM整流器状态反馈精确线性化解耦控制研究”，该文将基于精确反馈线性化的非线性控制设计方法成功应用到三相PWM整流器的精确控制上，实例证明反馈线性化方法运用到控制策略中的可行性。

发明内容

本发明提供一种有源电力滤波器的反馈线性化双滞环复合控制器实现方法，其目的是可以实现并联型有源电力滤波器系统在                                                -旋转坐标系下数学模型的线性化及变量的解耦，采用基于空间矢量的双滞环脉宽调制方法产生开关管的触发脉冲，使有源滤波器系统在负载参数发生扰动或突变的情况下，仍可以实现对谐波电流的快速跟踪和对直流侧电容电压的精确控制，并能有效降低逆变器的开关频率。

 本发明采用的技术方案是包括以下步骤：

（1）建立在-旋转坐标系下并联有源电力滤波器系统的数学模型为：

，

为有源滤波器主电路交流侧输入电感，为交流侧输入电阻，为直流侧电容，是直流侧电压，ω为基波角频率， d_nd、d_nq为旋转坐标系下的主电路开关函数控制量；v_d、v_q为旋转坐标系下电网与有源滤波器主电路交流侧连接点处的电压；i_d、i_q为旋转坐标系下有源滤波器注入电网的补偿电流；

  （2）先用一个锁相环和一个正、余弦发生电路得到与电源电压同相位的正弦信号和对应的余弦信号，将这两个信号与三相负载电流、、一齐计算出电流分量、，再经低通滤波器得出、的直流分量，然后计算出三相基波电流，将三相负载电流、、减去三相基波电流即得到谐波电流参考值、、，最后将谐波电流参考值、、经过abc/dq坐标变换得到在-旋转坐标系下的补偿电流的参考值和；

    （3）将步骤（1）所述模型解耦成伪线性系统，采用变结构PI控制方法对误差电流的变结构PI控制器调节得到伪线性系统的反馈控制变量； 

（4）将所述d_nd、d_nq作为模型的输入变量，由、确定主电路交流侧参考电压矢量和误差电流矢量及这两个矢量所在的空间区域；根据和所在的空间区域，选择输出电压空间矢量的双滞环脉宽调制方法以控制的变化率，对主电路开关管通断进行控制；当处于内外环之间时，对应的具有与方向相反的最小分量；当处于内环内部时，保持不变；当超出外环时，对应的具有与方向相反的最大分量；