[发明专利]一种三相并联型有源电力滤波器的饱和切换控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种三相并联型有源电力滤波器的饱和切换控制方法。 

背景技术

随着电网中非线性负荷的日益增加，其产生的谐波对配电网造成了严重的负面影响。其间造成各种电气设备不能正常工作、附加谐波损耗、电压畸变、通信干扰等问题。有源电力滤波器被认为是改善电能质量、抑制谐波最有效的设备。 

传统的有源电力滤波器都是以周期平均模型来分析和设计，但是这种近似得到小信号模型的建模方法在存在大信号干扰时，系统会出现不稳定或者补偿效果较差等问题。同时，在实际的APF控制系统中普遍存在饱和非线性限制环节。例如，系统发生短路故障或非线性负载突增时，为保证APF安全运行，小容量的APF（有源滤波器）通常采用限流保护策略(截断限流或按容量极限比例限流策略)。然而，常用的截断限流保护方式中通过饱和非线性限制环节来限制指令谐波电流，该环节可能会使系统的稳定性及动态性能发生变化甚至会导致严重后果。 

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有有源电力滤波器传统控制方法的精度不高和饱和非线性的稳定对系统稳定的影响等问题。为此本发明提供了一种三相并联型有源电力滤波器的饱和切换控制方法，它具有良好的动态特性和稳态特性。 

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案： 

一种三相并联型有源电力滤波器的饱和切换控制方法，包括以下步骤： 

步骤1）首先分析三相并联型有源电力滤波器各工作模态拓扑结构，根据实际电路参数，建立三相有源电力滤波器的切换系统模型其中A_σ(t)为有源电力滤波器工作模态的系数矩阵，B为输入矩阵且是常数阵，这两个矩阵都是由实际电路参数决定，x为状态向量，由三相并联型有源电力滤波器的输出补偿电流和直流侧电压组成，u是输入向量，由系统电源电压组成； 

步骤2）针对三相有源电力滤波器的切换系统模型设计模型的切换规则σ(t)，使得系统在切换平衡点渐进稳定，即实现了三相有源电力滤波器的电压稳定和电流跟踪的统一控制；首先根据线性系统理论的方法计算系统的公共李雅普诺夫函数V(ξ)＝ξ^TPξ, (ξ＝x-x_e)，x_e为系统的切换平衡点，即求解其中Q是单位矩阵，A_λ为Hurwitz矩阵，λ_i∈(0,1)，根据该李雅普诺夫函数得到切换规则 σ(t)=argmini∈NξTP(Aix+Bu),]]>式中，arg表示下标 

步骤3）根据上述方法得到的控制规则，控制三相有源电力滤波器件的开关通断，实现对电网谐波电流的补偿。 

所述步骤1）的具体步骤为： 

（1）根据三相APF的工作原理即通过控制6个开关器件S₁～S₆的通断，使补偿电流i_cj跟踪指令电流保证了电网侧只含有正弦有功分量；同时使直流侧电容电压v_dc稳定于参考电压

基于基尔霍夫定律，建立三相有源电力滤波器的电压电流方程：