[发明专利]基于LADRC的三电平有源电力滤波器补偿电流控制系统

权利要求书

1.一种基于LADRC的三电平有源电力滤波器补偿电流控制系统，其特征在于它包括电压过零检测单元、电流检测信号调理电路单元、A/D模数转换电路单元、D/A数模转换电路单元、DSP单元、存储单元、门极驱动脉冲单元、电压基准电路单元；其中，所述三电平有源电力滤波器的开关器件为IGBT三相桥式电路；所述电流检测信号调理电路单元输入端采集电网中的三相负载电流和补偿电流信号，其输出端与A/D模数转换电路单元的输入端连接；所述A/D模数转换电路单元的输出端与主控DSP单元连接；所述主控DSP单元的输入端还与电压同步过零信号的产生电路单元的输出端连接，其输出端连接D/A数模转换电路单元的输入端；所述D/A数模转换电路单元的输入端采集电压基准电路单元的电压信号，其输出端与门极驱动脉冲单元的输入端连接；所述存储单元与主控单元呈双向连接；所述门极驱动脉冲单元的输出12路门极驱动信号分别与三电平有源电力滤波器中的IGBT的门极相连；所述电压过零检测单元通过PLL锁相环单元与DSP单元连接。

2.根据权利要求1所述一种基于LADRC的三电平有源电力滤波器补偿电流控制系统，其特征在于所述主控单元是28335DSP芯片。

3.根据权利要求1所述一种基于LADRC的三电平有源电力滤波器补偿电流控制系统，其特征在于所述存储单元是SRAM静态随机存储器单元，采用CY7C199芯片。

4.根据权利要求1所述一种基于LADRC的三电平有源电力滤波器补偿电流控制系统，其特征在于所述A/D模数转换单元为MAX502芯片。

5.根据权利要求1所述一种基于LADRC的三电平有源电力滤波器补偿电流控制系统，其特征在于所述D/A数模转换单元为MX256芯片。

6.根据权利要求1所述一种基于LADRC的三电平有源电力滤波器补偿电流控制系统，其特征在于所述电压过零检测单元是由电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、二极管Z1、二极管Z2、二极管Z3、二极管Z4，运算放大器A1、变压器N1组成；所述电压信号通过变压器和变阻R1.电阻R1通过R2与运算放大器相连，所述均压中点电压作为输出模拟电压信号与主控单元的CAP3口相连。

7.根据权利要求1所述一种基于LADRC的三电平有源电力滤波器补偿电流控制系统，其特征在于所述电流检测信号调理电路单元是由电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电容器C1、稳压管Z1、稳压管Z2，运算放大器A2、运算放大器A3组成；所述运算放大器A2负向输入端经电阻R7与其输出端连接，且还通过电阻R6与电流传感器连接，其正向输入端通过电阻R8接地，且运算放大器A2的负向输入端还通过电阻R9与由电阻R10和电阻R11构成的补偿电压电路的中间点连接，所述运算放大器A2的输出端通过电阻R12与运算放大器A3的正向输入端相连；所述运算放大器A3负向输入端通过电阻R14与其输出端相连，同时通过电阻R13接地；所述运算放大器A3通过电阻R15与稳压管Z5和稳压管Z6组成的均压电路的中点相连接；电容器C1与电阻R17相互并联，同时并联于稳压管Z6两端，且一端与电阻R16连接，另一端接地；所述均压中点电压作为输出模拟电压信号经电阻R16模数转换电路的输入端连接。

8.一种基于LADRC方法的三电平有源电力滤波器电流控制系统的工作方法，其特征在于它包括以下步骤：

①分别采集电网中的补偿电流和非线性负载电流作为检测电流，经电流传感器，将电流信号转换为可以识别信号，通过与电源中工频信号对比，过滤工频非谐波电流，运用常用的瞬时无功功率理论，对总的谐波电流进行初步处理，同时将电流信号转换产生成电压模拟信号；

②将步骤①中的电压模拟信号经过所述DA模数转换单元，将其转换成原始的数字电压信号；

③在主控DSP单元中，利用DSP快速数据处理的优势，在DSP中编写LADRC变换算法作为DSP对输入谐波电流的处理算法，运用自抗扰技术对补偿电流进行跟踪控制，得到补偿电流的控制量；

④主控DSP单元将步骤③中得到补偿电流控制量信号传送给AD数模转换单元，将补偿电流的数字变量变成模拟量信号，AD数模转换单元与门极驱动脉冲单元相连，而门极驱动脉冲通过十二个触发器控制三个桥臂的IGBT管的通断实现电网补偿电流的输出。

9.根据权利要求8所述一种基于LADRC方法的三电平有源电力滤波器电流控制系统的工作方法，其特征在于所述步骤③中的电流跟踪控制方法由以下步骤构成：

(1)在DSP定义单桥臂开关函数如下

根据检测的电流信号得到下面拓扑结构的数学模型表达公式,u_sa,u_sb,u_sc为电网电压，u_dc为直流侧电压，i_ca,i_cb,i_cc为逆变器的三相补偿电流，i_cn为中线电流。i_cd,i_cq,i_c0为补偿电流变换后的电流量。L为输出等效电感，R为输出端等效电阻，R_N为零线等效电阻。

Usa=(Sa-1)Udc+Ldicadt+Rica+RNiCN]]>

Usb=(Sb-1)Udc+Ldicbdt+Ricb+RNiCN,]]>

Usc=(Sc-1)Udc+Ldiccdt+Ricc+RNiCN]]>

通过DSP输入算法将上式进行a-b-c坐标系到d-q-0旋转坐标系的变换，最后得到运用LADRC算法的处理公式如下：

Ldicddt=ωLicq+Usd-R·icd-UrdLdicqdt=-ωLicd+Usq-R·icq-UrqLdicodt=Us0-Ur0-(R+3RN)ic0]]>

上式中w为电网频率角速度，u_rd,u_rqu_r0,为电网电压变换量，

(2)在DSP中定义ω_d'＝ωLi_cq+U_sd，ω_q'＝-ωLi_cd+U_sq，则算式变换为：

Ldicddt=ωd′-R·icd-UrdLdicqdt=ωq′-R·icq-Urq]]>

该变换实际是运用LADRC的综合补偿理论实现了电流的解耦控制；

(3)设计基于LADRC的DSP控制算法

首先需要设计二阶LESO如下：

z·1=z2-β1(z1-icq)+b0Urqz·2=-β2(z1-icq)]]>

其中观测器变量z₁跟踪i_cq信号，z₂跟踪所有不确定信号；

(4)设计LSEF，LADRC控制器，而一阶LADRC只观测系统输入信号的跟踪信号，所为只使用P环节，即：

U_rq0＝k_p(i_ref-z₁)

根据方程:，取控制量u_rq的扰动补偿量：

Urq=(-z2+ucq0)b0]]>

同理将该方法运用于d-q-0轴重点的q轴、0轴控制，最后将得到的控制量u_rq、u_rd、u_r0进行d-q-0反变换到abc坐标的变量。