基于李雅普诺夫的三相四开关apf切换控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于李雅普诺夫的三相四开关APF切换控制方法，包括首先分析三相四开光APF拓扑结构；建立开关函数和三相四开关APF拓扑结构在三相静止坐标系下的状态方程；写出三相四开关APF拓扑结构在指令电流下的状态方程，对前面的两个状态方程作差得到误差状态方程；将不同开关模态下在三相静止坐标系中输出的电压变换到两相静止坐标系中；基于李雅普诺夫设计控制器，在坐标变换的基础上，在两相静止坐标下通过分析误差电流及其变化率夹角之间的关系得到了满足稳定性定理的切换规则；步骤3根据上述方法得到的控制规则，控制三相四开关APF的通断。与三相四开关SVPWM调制算法相比，该算法省去了繁琐的调制过程。
【专利说明】基于李雅普诺夫的三相四开关APF切换控制方法
【技术领域】
[0001]本发明具体公开了一种基于李雅普诺夫的三相四开关APF切换控制方法。
【背景技术】
[0002]在实际应用中三相六开关有源电力滤波器的功率器件，如果长时间运行会存在可靠性问题。当滤波器的某一个IGBT发生短路故障时，不仅无法保障滤波器的补偿效果，甚至将造成严重后果。研究者针对上述问题提出了三相六开关滤波器容错拓扑电路，以尽可能恢复滤波器原来的补偿效果。三相四开关滤波器是三相六开关滤波器故障重构后的一种容错拓扑电路，而且由于减少了开关器件降低了有源滤波器成本，因此研究三相四开关APF具有重要的现实意义。
[0003]三相四开关APF相对于三相六开关APF执行机构减少了三分之一，只能输出四个不等的电压矢量而且没有零矢量，势必加大了控制的难度以及影响滤波器的补偿性能。四开关滤波器的控制策略是其稳定运行的关键，但是其控制方法有别于六开关APF，目前关于四开关APF的控制方法的文献主要是SVPWM调制算法。
[0004]在文献“刘宏超，吕胜民，张春晖.三相四开关并联型有源电力滤波器的SVPWM调制算法[J].电工技术学报，2011，26 (4): 128-134”中提出了一种四开关APF的SVPWM调制算法，其调制方法类似于容错三相四开关逆变器的SVPWM调制；但是该调制算法扇区选择和基本矢量作用时间需要通过反三角函数和无理数运算，对控制器的计算速度和精度要求较高，并且需要通过将U2和U3矢量同时作用相同的时间来间接合成零矢量。
[0005]文献“王文，罗安，黎燕，等.一种新型有源电力滤波器的SVPWM算法[J].中国电机工程学报，2012，32(18):52-58.”同样在三相四开关逆变器输出平衡电压的基础上提出了一种应用于三相四开APF的空间矢量脉宽调制算法，它仅在于建模时坐标变换矩阵交换了两列，使得输出电压模态恰好与坐标轴重合简化了一些计算，其控制方法同样其调制过程也较为复杂。
【发明内容】
[0006]为了解决现有技术存在的缺点，本发明具体公开了一种基于李雅普诺夫的三相四开关APF切换控制方法。
[0007]本发明采用的技术方案如下:
[0008]一种基于李雅普诺夫的三相四开关APF切换控制方法，包括以下步骤:
[0009]步骤I首先分析三相四开光APF拓扑结构；建立开关函数和三相四开关APF拓扑结构在三相静止坐标系下的状态方程；写出三相四开关APF拓扑结构在三相静止坐标系下的指令电流的状态方程，对上述两个状态方程作差得到误差状态方程；将不同开关模态下在三相静止坐标系中输出的电压变换到两相静止坐标系中。
[0010]步骤2基于李雅普诺夫设计控制器，在步骤(I)中的坐标变换的基础上，在两相静止坐标下通过分析误差电流及其变化率夹角之间的关系得到了满足稳定性定理的切换规则；
[0011 ] 步骤3根据上述方法得到的控制规则，控制三相四开关APF的通断，实现补偿电网谐波、提高电网功率因数的目的。
[0012]步骤I的具体过程如下:
[0013](1-1)根据三相四开光APF拓扑结构，写出其在三相静止坐标系下的状态方程:
【权利要求】
1.一种基于李雅普诺夫的三相四开关APF切换控制方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤I首先分析三相四开光APF拓扑结构；建立开关函数和三相四开关APF拓扑结构在三相静止坐标系下的状态方程；写出三相四开关APF拓扑结构在指令电流下的状态方程，对前面的两个状态方程作差得到误差状态方程；将不同开关模态下在三相静止坐标系中输出的电压变换到两相静止坐标系中； 步骤2基于李雅普诺夫设计控制器，在步骤I中的坐标变换的基础上，在两相静止坐标下通过分析误差电流及其变化率夹角之间的关系得到了满足稳定性定理的切换规则； 步骤3根据上述方法得到的控制规则，控制三相四开关APF的通断，实现补偿电网谐波、提高电网功率因数的目的。
2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，步骤I的具体过程如下: (1-1)根据三相四开光APF拓扑结构，写出其在三相静止坐标系下的状态方程:
3.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，步骤2的具体过程如下: (2-1)通过李雅普诺夫稳定性定理构造切换规则，使三相四开关APF的四种开关模态对应的四个子系统经过切换能够达到平衡点O并且保持在其邻域；定义李雅普诺夫函数为:
【文档编号】H02J3/01GK103515961SQ201310462008
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年9月30日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】张庆华, 程新功, 张勇, 宗西举, 罗磊, 唐余龙, 魏雯, 王超 申请人:济南大学