一種基于自抗擾和重復(fù)控制的有源電力濾波器控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于自抗擾和重復(fù)控制的有源電力濾波器控制方法，包括以下步驟，步驟一，根據(jù)電力電子學(xué)，建立APF逆變器的非線性動(dòng)力學(xué)模型；步驟二，根據(jù)步驟一中建立的非線性動(dòng)力學(xué)模型，使用自抗擾與重復(fù)控制相結(jié)合的方法設(shè)計(jì)APF逆變器控制器；步驟三，采用自抗擾控制器提高逆變器電流控制回路的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能；步驟四，采用重復(fù)控制器提高逆變器電流控制回路的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)性能；步驟五，采用PI算法，設(shè)計(jì)逆變器的電壓回路控制器，解算出逆變器輸出電流所需跟蹤的參考電流值。本發(fā)明中提出的自抗擾和重復(fù)控制結(jié)合的方法具有設(shè)計(jì)過程簡(jiǎn)單、易于工程實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，并進(jìn)一步改善了逆變器輸出跟蹤電流的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)響應(yīng)性能。
【專利說明】一種基于自抗擾和重復(fù)控制的有源電力濾波器控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種基于自抗擾和重復(fù)控制的有源電力濾波器控制方法，屬于電力系統(tǒng)控制領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和電路負(fù)荷的多樣性增加，諧波污染對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的影響越來越嚴(yán)重并且引起了人們廣泛的關(guān)注。諧波污染不僅是對(duì)電力電子技術(shù)發(fā)展的阻礙，諧波也可能引起電力系統(tǒng)中發(fā)生局部串聯(lián)諧振或并聯(lián)諧波，從而放大諧波含量造成設(shè)備的燒毀，諧波還會(huì)對(duì)通信系統(tǒng)及電子設(shè)備等產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾。由此可見，諧波污染使得電力系統(tǒng)偏離理想的、正常的電氣過程與行為，電能質(zhì)量的下降不僅影響了電力系統(tǒng)安全可靠的供電，同時(shí)也會(huì)給電力系統(tǒng)帶來各種各樣的危害，對(duì)人身安全與經(jīng)濟(jì)效益有著較為嚴(yán)重的影響。諧波所帶來的危害已引起了越來越多的關(guān)注，不管是從供電系統(tǒng)正常工作、設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行的角度，還是從保證電力系統(tǒng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的角度，對(duì)電力系統(tǒng)諧波污染的治理已成為急需解決的問題。
[0003]有源電力濾波器(APF)被公認(rèn)為是諧波治理最為有力的工具，但是APF波形控制技術(shù)一直是PWM逆變器領(lǐng)域研究的難點(diǎn)和熱點(diǎn)，各種控制理論在逆變器上都有所應(yīng)用，常見的控制方案有PID控制、模糊控制、無差拍控制、重復(fù)控制、狀態(tài)反饋控制等。它們?cè)诟髯灶I(lǐng)域解決了某些控制問題，但同樣具有各種相應(yīng)的局限性。且由于PWM逆變器本質(zhì)上是非線性和不確定性的，當(dāng)前的所提的波形控制技術(shù)并沒有很好兼顧系統(tǒng)的魯棒性以及跟蹤波形的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。
[0004]為科學(xué)有效治理電網(wǎng)諧波這一困擾電網(wǎng)電能質(zhì)量的實(shí)際緊迫問題。本發(fā)明提出，通過研究基于自抗擾和重復(fù)控制的APF控制技術(shù)，為APF控制方法提供科學(xué)判據(jù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的:本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了一種基于自抗擾和重復(fù)控制的有源電力濾波器控制方法。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0007]—種基于自抗擾和重復(fù)控制的有源電力濾波器控制方法，包括以下步驟，
[0008]步驟一，根據(jù)電力電子學(xué)，建立APF中的逆變器的非線性動(dòng)力學(xué)模型；
[0009]步驟二，根據(jù)步驟一中建立的非線性動(dòng)力學(xué)模型，設(shè)計(jì)APF逆變器控制器；
[0010]步驟三，采用自抗擾控制器提高逆變器電流控制回路的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能；
[0011]步驟四，采用重復(fù)控制器提高逆變器電流控制回路的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)性能；
[0012]步驟五，采用PI算法，設(shè)計(jì)逆變器的電壓回路控制器，解算出逆變器輸出電流所需跟蹤的參考電流值。
[0013]步驟一中逆變器的非線性動(dòng)力學(xué)模型為，

【權(quán)利要求】
1.一種基于自抗擾和重復(fù)控制的有源電力濾波器控制方法，其特征在于:包括以下步驟， 步驟一，根據(jù)電力電子學(xué)，建立APF中的逆變器的非線性動(dòng)力學(xué)模型； 步驟二，根據(jù)步驟一中建立的非線性動(dòng)力學(xué)模型，設(shè)計(jì)APF逆變器控制器； 步驟三，采用自抗擾控制器提高逆變器電流控制回路的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能； 步驟四，采用重復(fù)控制器提高逆變器電流控制回路的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)性能； 步驟五，采用PI算法，設(shè)計(jì)逆變器的電壓回路控制器，解算出逆變器輸出電流所需跟蹤的參考電流值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于自抗擾和重復(fù)控制的有源電力濾波器控制方法，其特征在于:步驟一中逆變器的非線性動(dòng)力學(xué)模型為， did R..1I
~ΤΓ = _ ~T ld ~^lq+ — mdUdc _ ~ Vsd at LLL ^iq _.及.丄 II s-— COl /--1 H--/Ti U /--U dt dLqL q c L sq dudc _ md._^τ.~?Γ~ ~c d Cq
V 其中，id，Iq為a，b，c三相電流轉(zhuǎn)換至d，q坐標(biāo)下的電流；md，mq為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的調(diào)制系數(shù)；usd，usq為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下電網(wǎng)電壓；L，R為逆變器交流側(cè)的電感和等效電阻；C，ud。分別表示逆變器直流側(cè)的電容及其電壓，ω = 50Hz為工頻，t表示時(shí)間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于自抗擾和重復(fù)控制的有源電力濾波器控制方法，其特征在于:步驟二中在設(shè)計(jì)逆變器自抗擾控制器之前需要先改寫非線性動(dòng)力學(xué)模型，如下， x{t) = f (x{t)) + bu{t)
其中，x(t) = [X1 (t), x2(t)]T = [id, iq]T, u(t) = [md，mjT，廠1 T
~~rx\(() —ωχ2(0 ~~u,d h_ L dcf (xit)) = L? ，I
— — X2(t) — — V0 ~udc _LL.LL J
T 表示轉(zhuǎn)置，X1 (t) = id, x2 (t) = iq0
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于自抗擾和重復(fù)控制的有源電力濾波器控制方法，其特征在于:步驟三中采用自抗擾控制器提高逆變器電流控制回路的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能的過程為，自抗擾控制器包括非線性跟蹤微分器、擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)觀測(cè)器和非線性狀態(tài)誤差反饋控制律，首先非線性跟蹤微分器用來實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變器電流控制回路輸入信號(hào)的無超調(diào)跟蹤，并給出微分信號(hào)，其次通過擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器對(duì)有源濾波器的狀態(tài)和擾動(dòng)進(jìn)行估計(jì)，最后利用非線性狀態(tài)誤差反饋控制律獲得擾動(dòng)分量的補(bǔ)償作用。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于自抗擾和重復(fù)控制的有源電力濾波器控制方法，其特征在于:所述擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器為，
其中，ε = Ζ2>1-χ, χ表示步驟二中逆變器非線性動(dòng)力學(xué)模型的狀態(tài)量；kn, k12, Ct1, S1 均為待選參數(shù)
表示逆變器非線性動(dòng)力學(xué)模型狀態(tài)量χ (t) 的估計(jì)值。Z2，2表示逆變器非線性動(dòng)力學(xué)模型狀態(tài)量x(t)的微分的估計(jì)值)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于自抗擾和重復(fù)控制的有源電力濾波器控制方法，其特征在于:所述重復(fù)控制器包括濾波器Q(z)、重復(fù)控制環(huán)路的補(bǔ)償器C(Z) = KrZkS(z)和周期延遲環(huán)節(jié)z_N ;濾波器Q(Z)用于改進(jìn)內(nèi)模；重復(fù)控制環(huán)路的補(bǔ)償器C(Z) = KrZkS(z)用以提供電流的幅值補(bǔ)償和電流的相位補(bǔ)償，確保重復(fù)控制構(gòu)成的閉環(huán)回路的穩(wěn)定性；周期延遲環(huán)節(jié)z_N用以使控制延遲一個(gè)周期起作用，周期延遲環(huán)節(jié)z_N的設(shè)置使超前環(huán)節(jié)可以等效實(shí)現(xiàn)；其中&為重復(fù)控制增益，Zk為超前環(huán)節(jié)，S(Z)為低通濾波器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于自抗擾和重復(fù)控制的有源電力濾波器控制方法，其特征在于:步驟五中采用PI算法，設(shè)計(jì)逆變器的電壓回路控制器如下，
式中:KP，K1為PI控制器增益，V*為設(shè)定的電壓參考軌跡，Vabc為逆變器的輸出電壓，i*(t)為計(jì)算得到的電流參考值，t0, 為初始和終止時(shí)間。
【文檔編號(hào)】H02J3/01GK104135003SQ201410379699
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年8月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月4日
【發(fā)明者】王建明, 葛樂, 袁曉冬, 李強(qiáng), 許德智 申請(qǐng)人:國家電網(wǎng)公司, 江蘇省電力公司, 江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院, 南京工程學(xué)院