一种参数不确定情况下并联有源滤波器控制方法与流程

本发明涉及一种参数不确定情况下并联有源滤波器控制方法。

背景技术：

近些年来，随着电力电子技术的迅猛发展，大量非线性负载尤其是整流负载在配电网中分布越来越广泛，这就导致整个电网充斥着大量的谐波。日益严重的谐波污染对电网供电部门和用户带来了非常恶劣的影响，因此非常有必要对谐波污染采取相应的治理措施。传统的无源滤波器虽然结构简单，但是只能滤除特定次谐波，而且滤波能力有限还非常容易与电网系统发生串联或并联谐振，反而引起谐波放大。为了克服无源滤波器上述缺点，并联有源滤波器(activepowerfilter)应运而生，并联有源滤波器采用全控型电力电子器件，通过先进的谐波检测和控制策略，能够实现谐波和无功功率的灵活有效补偿，在配电网领域获得了广泛的应用，用于对用户的谐波污染和功率因数低这两种电能质量问题进行有效的治理。

目前，有源滤波器控制中采用的传统的pi、pr、pir等控制策略都为考虑系统本身特性，不容易找到最佳控制器参数，控制结果并不理想。另外，系统参数随着时间的推移，会逐渐改变，导致控制系统逐渐恶化，甚至引起有源滤波器烧毁。其他的基于模型的控制策略，过于依赖系统的精确性，一旦参数发生细微改变，控制效果就难以保证。同时，相应的有源滤波器控制策略并没有能够兼顾各种异常情况下的谐波和无功补偿效果，包括：负荷不平衡、电压跌落、电压相角不平衡等。

为了解决这一问题，需要对并联有源滤波器增加针对参数不确定情况下的鲁棒控制策略，用来抑制参数不确定性对补偿效果的影响。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：现有的有源滤波器控制中采用的传统的pi、pr、pir等控制策略都为考虑系统本身特性，不容易找到最佳控制器参数，同时系统参数随着时间发生改变，控制效果无法保证，无法兼顾各种异常情况下的谐波和无功补偿效果等。

为了解决上述现有技术存在的问题，进而提供一种参数不确定情况下并联有源滤波器控制方法，相比传统控制方法操作方法简单，可控性更强，控制更加效果明显。

本发明的技术方案为：

一种参数不确定情况下并联有源滤波器控制方法，其特征在于，参数不确定情况下基于并联有源滤波器的鲁棒电流控制方法，由以下步骤实现：

步骤一，通过合理设置参数，建立并联有源滤波器系统的电磁暂态方程为：

式中：l为桥臂电感量的1/2与负载电感量值的和；ikd与ikq为补偿电流在d轴和q轴的分量；r为桥臂与网侧间阻抗；sd与sq为开关变量在d轴和q轴的分量；udc直流侧电压；idc为直流母线电流；usd与usq为三相电压在d轴和q轴的分量；c为整个桥臂的等效电容；n为桥臂子模块的数量；为开关函数的稳态值；δd、δq为开关函数的波动量；

步骤二，由电磁暂态模型得到并联有源滤波器开关函数的稳态值表达式，

步骤三，将系统的状态变量定义为：

直流侧电阻为rdc，则idc＝udc/rdc，可得系统的状态空间模型为：

步骤四，定义并联有源滤波器的控制函数，

对该函数进行求导，得

将状态空间模型(3)带入(5)，化简可得：

步骤五，定义：

式中：α、β为控制函数的增益；

进而，得到系统的开关函数为：

有源滤波器中只有控制增益是待定量，其他量都是已知量，需要选取相应的控制增益才能获得相应的控制效果，系统参数随着设备的运行会陆续发生改变，使得系统的实际运行值与给定值有所差异，当系统处于非理想运行状态时，必须找到合适的控制增益，才能保证系统的长期稳定运行、精准补偿和强鲁棒性；

步骤六、为了使参数变化时系统依然稳定，确定在不精确控制下的α、β取值范围为，

定义期望值为实际采样值为参数的不确定区间为[1-ε，1+ε]。

本发明的有益效果：只有控制增益两个待定量，相比传统控制方法减少了多个控制参数的选取和调谐步骤，减少了仿真和实验的工作量，提高了控制精度，同时当系统参数改变或者系统处于非理想状态时，只需找到最优控制增益，提高系统的鲁棒性，就能保证系统的稳定运行和精准补偿，控制方式简单，变量少，可控性强，控制效果明显。

附图说明

图1为参数不确定情况下有源滤波器apf总体控制框图。

图2为负载电流仿真波形图。

图3为电网电流仿真波形图。

图4为电网阻抗变化时电网电压仿真波形图。

图5为电网阻抗变化时负载电流仿真波形图。

图6为电网阻抗变化时电网电流仿真波形图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

本实施例为一种参数不确定情况下并联有源滤波器控制方法，其特征在于，参数不确定情况下基于并联有源滤波器的鲁棒电流控制方法，由以下步骤实现：

步骤一，结合图1，通过合理设置参数，建立并联有源滤波器系统的电磁暂态方程为：

式中：l为桥臂电感量的1/2与负载电感量值的和；ikd与ikq为补偿电流在d轴和q轴的分量；r为桥臂与网侧间阻抗；sd与sq为开关变量在d轴和q轴的分量；udc直流侧电压；idc为直流母线电流；usd与usq为三相电压在d轴和q轴的分量；c为整个桥臂的等效电容；n为桥臂子模块的数量；为开关函数的稳态值；δd、δq为开关函数的波动量；

若补偿的谐波电流能精准的跟踪负荷电流的谐波量，即可达到补偿目的，因此，控制器的参考值即是负荷谐波。

步骤二，由电磁暂态模型得到并联有源滤波器开关函数的稳态值表达式，

步骤三，将系统的状态变量定义为：

直流侧电阻为rdc，则idc＝udc/rdc，可得系统的状态空间模型为：

步骤四，定义并联有源滤波器的控制函数，

对该函数进行求导，得

将状态空间模型(3)带入(5)，化简可得：

步骤五，定义：

式中：α、β为控制函数的增益；

进而，得到系统的开关函数为：

有源滤波器中只有控制增益是待定量，其他量都是已知量，需要选取相应的控制增益才能获得相应的控制效果，系统参数随着设备的运行会陆续发生改变，使得系统的实际运行值与给定值有所差异，当系统处于非理想运行状态时，必须找到合适的控制增益，才能保证系统的长期稳定运行、精准补偿和强鲁棒性；

步骤六、为了使参数变化时系统依然稳定，确定在不精确控制下的α、β取值范围为，

定义期望值为实际采样值为参数的不确定区间为[1-ε，1+ε]。

仿真结果如图2至图6所示，验证了所提控制方法的有效性和优越性。

由上述分析可知，本文所选函数符合全局渐进稳定的条件。控制器中只有控制增益是待定的，其他量都是确定的，只要选取合适的控制增益即可获得很好的控制效果，相比pid控制，该方法减少了多个控制参数的选取和调谐步骤，减少了仿真和实验的工作量，提高了控制精度。实际运行的系统，各参数会发生微小变化，使得系统的期望值与设定的期望值不完全相同，尤其在系统处于非理想运行状态时，此种情况变得不容忽视。因此，必须找到最优控制增益，提高系统的鲁棒性，才能保证系统参数变化或者系统处于非理想状态时的稳定运行和精准补偿。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。