一种有源电力滤波器补偿电流的抗扰跟踪控制系统及其控制方法与流程

本发明涉及有源电力滤波器补偿电流控制策略，属于逆变电流跟踪控制领域。是一种基于LADRC(linearactivedisturbancerejectioncontrol,LADRC-线性自抗扰控制器)的有源电力滤波器补偿电流的跟踪控制系统。
背景技术：
：因大功率非线性负载的大规模应用而引起的谐波污染问题严重影响了电网运行的稳定性和可靠性。传统的无源滤波器已不能满足人们对供电可靠性的要求和对高电能质量的需求。有源电力滤波器作为一种动态谐波治理装置完美解决了无源滤波器运行的种种问题，近年来受到了广泛的关注。而并联混合型有源电力滤波器利用其自身结构的巧妙性，综合了无源滤波装置和有源滤波装置的优点，弥补了传统并联有源电力滤波器的补偿缺陷，是目前有源滤波领域研究的热点。有源电力滤波器研究的难点之一是对补偿电流的快速精确控制。利用传统的PID控制器很难较好地取得精确性和快速性，且随着控制品质的进一步提高，传统PID控制器的缺陷被进一步放大。针对PID控制中的种种不足，同时遵循用误差消除误差的思想，对PID控制缺陷进行弥补的自抗扰控制技术应运而生。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种并联混合型有源电力滤波器补偿电流的抗扰跟踪控制系统，同时提供了一种该系统的控制方法，该系统结合高性能数字信号处理器和先进的线性自抗扰控制算法，大大提高了控制精度和效果，能实现补偿电流对指令电流的快速实时跟踪。系统精度高，抗干扰能力强。为了达到上述目的，本发明的技术方案是：一种有源电力滤波器补偿电流的抗扰跟踪控制系统，包括电压基准电路、D/A转换电路、A/D转换电路、同步采样保持电路、网侧电压过零检测电路、门极驱动脉冲电路、电流检测信号调理电路、DSP控制单元、存储单元，其中，所述并联混合型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输入端采集网侧三相负载电流信号和补偿电流信号，其输出端连接A/D转换电路的输入端；所述A/D转换电路输出端连接DSP控制单元的输入端；所述DSP控制单元输出端连接D/A转换电路的输入端；所述D/A转换电路输出端连接门极驱动脉冲电路的输入端；所述门极驱动脉冲电路输出端连接有源电力滤波器IGBT门极；所述网侧电压过零检测电路连接PLL锁相环后再连接DSP控制单元的输入端，电压过零检测发生电路输出端连接DSP控制单元的输入端；所述电压基准电路输出端连接D/A转换电路的输入端；所述同步采样保持电路输出端连接A/D转换电路的输入端；所述存储单元与DSP控制单元双向连接。进一步的，所述DSP控制单元为DSP芯片TMS320F240。进一步的，所述存储单元为四片SRAM芯片CY7C199。进一步的，所述A/D转换电路为240芯片内置A/D转换器。进一步的，所述D/A转换电路为MAX526芯片。进一步的，所述同步采样保持电路为LF398采样保持器。进一步的，所述网侧电压过零检测电路由二极管Z1、Z2、Z3、Z4,电阻R1、R2、R3、R4、R5，电容C1，运算放大器A1，变压器N组成。网侧电压信号经变压器降压后，经过R1与C1构成的移相器；运算放大器A1与R2、R4连接构成过零比较电路；检测下降沿电压作为输出模拟电压信号与DSP控制单元的CAP3口相连。进一步的，所述电流检测信号调理电路由二极管Z5、Z6，电阻R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13，电容C2、C3，运算放大器A2、A3，电流传感器S1组成。所述霍尔电流传感器S1连接电阻R7、R8后与运算放大器A2的正向输入端连接；所述运算放大器A3负向输入端经电阻R12与其输出端连接；两运算放大器通过电阻R9相连接；所述运算放大器A3输出端连接电阻R13后连接LF398采样保持器输入端；LF398输出端连接DSP控制单元的A/D口。一种有源电力滤波器补偿电流的抗扰跟踪控制系统的控制方法，包括以下步骤：①分别采集网侧补偿电流和三相负载电流作为指令电流，利用电流传感器将上述电流信号转换为可以识别信号，通过对比电源工频信号滤除工频非谐波电流。依据瞬时无功功率理论对总谐波电流进行处理，同时将电流信号转换为电压模拟信号；②将步骤①中电压模拟信号通过D/A转换电路得到数字电压信号；③将LADRC控制算法编写入DSP控制单元，利用DSP对谐波电流数据进行处理，实现对补偿电流的跟踪控制，输出补偿电流的控制量；④DSP控制单元将步骤③所得补偿电流控制量送至A/D转换电路完成补偿电流数字信号到模拟信号的转变，A/D转换电路输出端连接门极驱动脉冲电路，门极驱动脉冲电路输出控制三个桥臂IGBT通断的信号以实现网侧补偿电流的输出。进一步的，步骤③中线性自抗扰控制策略如下：定义开关函数如下系统状态空间模型如下diadtdibdtdicdtdidcdt=-rL00-1L(da-13Σj=a,b,cdj)0-rL0-1L(db-13Σj=a,b,cdj)00-rL-1L(dc-13Σj=a,b,cdj)daCdbCdcC0·iaibicudc+1L00bawa01L0bawb001Lbcwc000buwu·ua*ub*uc*1]]>bjwj(j＝a,b,c,u)表示开关损耗、检测误差及外部因素对系统方程的干扰，sj(j＝a,b,c)为开关状态。本发明的优点和有益效果：①系统硬件结构简单，便于操作；②依托DSP强大的数字信号处理能力，执行速度快，实时性好；③先进的线性自抗扰控制策略使得补偿电流的跟踪控制更为精确，效果更好；④系统抗干扰性强；⑤提高了有源滤波性能。附图说明图1为本发明的整体结构框图。图2为本发明的a相电压同步过零信号产生电路的结构示意图。图3为本发明的电流检测信号调理电路结构示意图。图4为本发明方法中基于线性自抗扰控制算法的原理框图。具体实施方式下面结合附图对本发明做进一步说明。参见附图1，本发明包括电压基准电路、D/A转换电路、A/D转换电路、同步采样保持电路、网侧电压过零检测电路、门极驱动脉冲电路、电流检测信号调理电路、DSP控制单元、存储单元。其中，所述并联混合型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输入端采集网侧三相负载电流信号和补偿电流信号，其输出端连接A/D转换电路的输入端；所述A/D转换电路输出端连接DSP控制单元的输入端；所述DSP控制单元输出端连接D/A转换电路的输入端；所述D/A转换电路输出端连接门极驱动脉冲电路的输入端；所述门极驱动脉冲电路输出端连接有源电力滤波器IGBT门极；所述网侧电压过零检测电路连接PLL锁相环后再连接DSP控制单元的输入端，电压过零检测发生电路输出端连接DSP控制单元的输入端；所述电压基准电路输出端连接D/A转换电路的输入端；所述同步采样保持电路输出端连接A/D转换电路的输入端；所述存储单元与DSP控制单元双向连接。所述控制单元(见图1)为DSP芯片TMS320F240；所述存储单元为四片SRAM芯片CY7C199；所述A/D转换电路为240芯片内置A/D转换器；所述D/A转换电路为MAX526芯片；所述同步采样保持电路为LF398采样保持器；参见附图2，本发明网侧电压过零检测电路由二极管Z1、Z2、Z3、Z4,电阻R1、R2、R3、R4、R5，电容C1，运算放大器A1，变压器N组成。网侧电压信号经变压器降压后，经过R1与C1构成的移相器；运算放大器A1与R2、R4连接构成过零比较电路；检测下降沿电压作为输出模拟电压信号与DSP控制单元的CAP3口相连。参见附图3，本发明电流检测信号调理电路由二极管Z5、Z6，电阻R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13，电容C2、C3，运算放大器A2、A3，电流传感器S1组成。所述霍尔电流传感器S1连接电阻R7、R8后与运算放大器A2的正向输入端连接；所述运算放大器A3负向输入端经电阻R12与其输出端连接；两运算放大器通过电阻R9相连接；所述运算放大器A3输出端连接电阻R13后连接LF398采样保持器输入端；LF398输出端连接DSP控制单元的A/D口。本发明抗扰跟踪控制系统的工作方法，包括以下步骤：①分别采集网侧补偿电流和三相负载电流作为指令电流，利用电流传感器将上述电流信号转换为可以识别信号，通过对比电源工频信号滤除工频非谐波电流。依据瞬时无功功率理论对总谐波电流进行处理，同时将电流信号转换为电压模拟信号。②将步骤①中电压模拟信号通过D/A转换电路得到数字电压信号。③将LADRC控制算法编写入DSP控制单元，利用DSP对谐波电流数据进行处理，实现对补偿电流的跟踪控制，输出补偿电流的控制量。(见图4)④DSP控制单元将步骤③所得补偿电流控制量送至A/D转换电路完成补偿电流数字信号到模拟信号的转变，A/D转换电路输出端连接门极驱动脉冲电路，门极驱动脉冲电路输出控制三个桥臂IGBT通断的信号以实现网侧补偿电流的输出。步骤③中线性自抗扰控制策略如下：定义开关函数如下系统状态空间模型如下diadtdibdtdicdtdidcdt=-rL00-1L(da-13Σj=a,b,cdj)0-rL0-1L(db-13Σj=a,b,cdj)00-rL-1L(dc-13Σj=a,b,cdj)daCdbCdcC0·iaibicudc+1L00bawa01L0bawb001Lbcwc000buwu·ua*ub*uc*1]]>bjwj(j＝a,b,c,u)表示开关损耗、检测误差及外部因素对系统方程的干扰，sj(j＝a,b,c)为开关状态。考虑三角波调制情况下的占空比，系统状态空间模型可化成传递函数形式如下ij·=-rLij+1Luj*+bjwj-Uc2LVtrivrj=f+b0vrj]]>其中，表示从变压器测看进去的三相电网电压等效折算值；ij(j＝a,b,c)表示逆变器输出电流；Vtri为三角波幅值；vrj为某相谐波补偿电流瞬时值；b0为输入控制增益。这里为总扰动，取b0=-Uc2LVtri]]>设计LADRC控制算法，其中，一阶LADRC控制模型如下zj1·=zj2-β1(zj1-ij)+b0uzj2=-β2·(zj1-ij)u0=kp(ij-zj1)u=u0-zj2b0]]>其中β1＝2w0,kp＝wc。本发明的工作原理是：(1)控制单元设计：采用DSP芯片TMS320F240，执行速度可达20MIPS，检测数字电压信号，计算补偿电流信号。数字信息处理能力强，功耗低。(2)存储单元：保存补偿电流跟踪控制算法，存放数据，方便调试。(3)网侧电压过零检测电路设计：将网侧线电压vab经变压器降压后，再通过R1与C1构成的移相器得到与网侧相电压va同相位的信号vsa，再通过由运算放大器A1与R2、R4连接构成的过零比较电路产生一方波信号，该方波信号通过非门后，为满足送入DSP的信号电压范围，加设两个肖特基二极管Z3、Z4将信号分别接至0V和5V，然后送入DSPDSP控制单元的CAP3口。CAP3口检测其下降沿作为与a相电压同步的过零信号。(4)电流检测信号调理电路设计：由霍尔电流传感器输出的三相电流信号经过电阻R6采样后转化为电压信号，然后经由运算放大器A2、A3等组成的电压偏移电路将双极型信号转化为单极性信号。单极性信号通过LF398采样保持后输出至DSP控制单元的A/D口。(5)线性自抗扰控制策略：控制框图如图4所示。把本发明最核心的线性自抗扰补偿电流控制技术编写入DSP芯片，即把控制算法转化为编程语言存入所述的存储单元。系统采集ia,ib,ic,ica,icb,icc电流信号后将其送入DSP芯片进行A/D转换，基于已表述的线性自抗扰控制策略输出补偿电流控制信号后经过D/A转换电路进入门极驱动脉冲单元产生6路脉冲信号，分别控制s1、s2、s3、s4、s5、s6这6个IGBT的通断以生成补偿电网谐波的补偿电流，用来消除网侧谐波含量，节约能量。(6)电压基准电路设计：由LM399芯片和运算放大器组成，为A/D转换电路和D/A转换电路提供5V电压基准。应当明确的是，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，按本发明构思所做出的显而易见的改进和修饰都应该在本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3