[发明专利]有源电力滤波器系统的鲁棒模型参考自适应电流控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种有源电力滤波器系统的鲁棒模型参考自适应电流控制方法，属于有源电力滤波技术领域。

背景技术

随着现代电力电子技术的大力推广与应用，使得各类功率电子设备的使用与日俱增。电网中谐波、无功以及不平衡等因素严重影响了电能品质，进而降低了电网中发电设备、输电设备、配电设备和用电设备的性能与寿命，甚至危及电力系统的安全运行。有源电力滤波器(APF)是解决上述问题行之有效的方法，且有着无源电力滤波器无法比拟的优势，对APF的研究仍是目前的一个热点。

近年来，有源电力滤波器的控制方案中采用单相并联电压型的有源电力滤波器的例子，控制系统的常规结构大多如图1所示，控制系统是典型双环控制结构，其中电压环为外环，电流环为内环。工作机理是：1)采集电网电压、电流信号以及滤波器直流侧电压信号和交流侧补偿电流信号；2)由从电网中采集的电压、电流信号计算出其中的谐波信号，再叠加维持有源滤波器直流侧电容电压稳态值所需的附加补偿信号，构成待补偿指令电流信号；3)以待补偿指令电流信号与交流侧补偿电流信号之间的偏差作为电流跟踪控制器的参考输入，电流跟踪控制器的输出即为逆变器开关信号；4)此开关信号由PWM发生器生成控制APF逆变器部分开关管通断的PWM信号，并送入APF逆变器环节。最终，由逆变器生成的补偿电流注入电网抵消掉电网电流中的谐波成分。

单相并联型有源滤波器的动力学模型属于典型的非线性模型，大多数现有控制方法均是首先对APF的模型进行近似线性化，然后再设计相应的控制器，其中系统的建模误差会对控制系统的响应性能造成不可忽视的影响，且基于近似模型设计的控制器适应性能和鲁棒性能均比较弱，难以适应电网的复杂非线性和不确定干扰等情形。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种有源电力滤波器系统的鲁棒模型参考自适应电流控制方法，在不需要建立精确非线性模型，不需要精确的模型参数的情形下，通过结合鲁棒控制和模型参考自适应控制的优势，能够极大提高控制算法的适应性能和有源电力滤波器系统的鲁棒性能，有利于有源电力滤波器的快速推广。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的具体技术方案是：

有源电力滤波器系统的鲁棒模型参考自适应电流控制方法，包括以下步骤：

(1)建立有源电力滤波器的动态数学模型；

(2)选取稳定可控的参考模型；

(3)定义广义误差，并推导误差动态方程，定义辅助变量；

(4)根据辅助变量设计鲁棒模型参考自适应电流控制器，得到控制器的控制输出；

(5)设计增益自适应率和鲁棒补偿项；

(6)应用Lyapunov稳定性理论证明控制系统的稳定性。

前述的步骤(1)建立有源电力滤波器的动态数学模型，主要包括以下步骤：

(1-1)根据电路理论和基尔霍夫回路电压定律，得到如下电压平衡方程式：

us+Ldicdt+Ric=uMN---(1)]]>

其中，t为时间，u_s是电源电压，i_c为APF回馈电网的补偿电流，L是电感，R是等效电阻，u_MN为M点和N点之间的电压；

(1-2)将式(1)转换为如下形式：