[发明专利]一种用于有源电力滤波器的全程滑模变结构控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及有源电力滤波器(APF)的控制方法，具体采用全程滑模变结构控制方法对有源电力滤波器的电流跟踪进行控制，属于电能质量技术领域。

背景技术

随着电力电子装置的广泛应用，各类非线性负载产生的谐波和无功电流对电网造成了严重影响。有源电力滤波器作为一种抑制谐波的有效措施被广泛研究和应用。并联有源电力滤波器的原理是使变流器产生实时跟踪指令电流i_c^*的补偿电流i_c，两者大小相等，方向相反，从而使电网侧电流i_s中不含谐波和无功成分。

常见的电流跟踪的控制方法有滞环控制、三角载波控制等。滞环控制具有灵活、响应快、精度较高等优点，但它对于开关频率的要求较高，并且开关频率不固定。三角载波控制的特点是开关频率固定、电路实现简单，但三角载波应用在指令电流中的高频分量时，控制性能有所下降。此外，还有单周控制、无差拍控制、空间矢量控制等方法，但都没得到广泛应用。

目前，有文献报导对有源电力滤波器定常滑模变结构控制进行研究，在对有源电力滤波器建立数学模型的基础上，得出滑模变结构控制的一般控制律，从而使系统对参数的变化以及外部干扰具有不灵敏性。另外，响应快速、动态品质良好也是定常滑模控制的突出优点。但是，系统只有在滑动阶段才具有鲁棒性及参数不灵敏性，因此有文献报导对全程滑模变结构控制在航空发动机系统以及永磁同步电机调速中进行研究，而在有源电力滤波器中尚未见文献报导。该控制方法最突出的优点是使系统的运动轨迹一开始就落在滑模面上，能有效地缩短系统进入滑模运动状态的时间，避免了定常滑模变结构控制系统在到达阶段对扰动灵敏的特性，且其控制率的设计可以改善系统的瞬态性能、克服未知参数摄动的影响。

基于此，本发明将全程滑模变结构控制技术应用到并联型有源电力滤波器中，实现对三相电流的跟踪控制。

发明内容

并联型有源电力滤波器(APF)常见的一些电流跟踪控制方法具有相应速度慢、易受自身参数和外界干扰影响等缺点。本发明针对上述现有技术所存在的不足之处，提出了一种基于全程滑模变结构控制的有源电力滤波器控制方法，将其应用于有源电力滤波器，以提高系统动态性能和鲁棒性。

具体技术方案如下：

一种用于有源电力滤波器的全程滑模变结构控制方法，包括如下步骤：

（1）通过建立在直角坐标系下并联有源电力滤波器的状态空间数学模型，得到以三相补偿电流为状态变量的数学模型；

（2）设计全程滑模变结构控制器，使状态点的运动轨迹一开始便落在设计好的滑模面上，其中包括全程滑模变结构切换超平面的设计和全程滑态变结构控制律的设计，控制律的设计是将系统状态稳定地保持在滑动模态上；当滑模面取值为0时，表示跟踪误差为0，三相补偿电流被完全准确跟踪；

（3）通过构造开关函数得到驱动开关管的PWM信号，使补偿电流快速地跟踪指令电流，使电网电流被补偿为稳定平衡的正弦电流。

所述步骤（2）全程滑模变结构控制器的滑模函数为S(x，t)=Cx-CE(t)x(0)，其中定义全程滑动模态因子为W(t)=CE(t)x(0)，这是一个随时间变化的量，该量在滑模函数中出现，能有效缩短状态点到达滑模态的时间，这里，S(x，t)为滑模切换函数；C为滑动模态参数；E(t)为指数函数；x为状态变量。

所述步骤（2）中为了消除高频振颤，采用如下公式消颤：

Mi(S)=si||Si||+δi,i=1,2,···,m]]>