[发明专利]基于离散状态观测器与滑模观测器的H桥级联STATCOM无差拍控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及H桥级联STATCOM控制技术，具体涉及一种谐波控制方法。

背景技术

随着电网中非线性负载的广泛使用，所产生的无功和谐波电流对电网造成严重冲击，快速地进行无功补偿和滤除谐波对提高电网稳定性具有重要的现实意义。H桥级联STATCOM以其损耗低、响应快、储能元件体积小和输出电流谐波含量低等优点，成为动态无功补偿装置发展的重要方向，是国内外研究的热点。图1为H桥级联STATCOM的主电路框图。

目前，常用的电流控制方法主要有滞环比较控制、有功无功功率解耦控制、比例谐振控制、重复控制和无差拍电流跟踪控制等。其中滞环电流控制，实现容易，具有较强的鲁棒性和快速动态响应能力，但开关频率不固定，滤波器设计较难；采用比例积分控制器对有功无功功率进行解耦控制时，由于存在比例积分环节，其参数整定困难，不适合大范围应用；比例谐振控制器只能对某个特定谐波进行无差控制，难以广泛使用；重复控制从理论上来讲可实现对谐波信号的无差控制，但由于重复控制存在延时，使得系统动态响应较差，不能很好地跟踪系统电压突变；无差拍电流跟踪控制是依据系统电路参数和输出电流反馈值来计算下一采样周期结束时的参考指令电流，并不断地对计算值进行调整，使系统的输出波形准确地跟踪参考指令波形。

无差拍控制以其控制精度高、动态响应快、输出电流畸变小和全数字化控制等优点，在电流控制中得到了广泛的应用。但无差拍控制要想获得良好的电流跟踪效果，提高补偿性能，降低STATCOM自身输出电流的谐波，避免对电网造成二次污染，必须配合良好的参考电流的预测方法，而常用的预测方法依赖于精确的数学模型，因而使该方在实际应用中受到限制。

发明内容

本发明目的是为了解决现有的无差拍控制方法必须配合良好的参考电流预测方法，而常用的预测方法需要依赖于精确的数学模型，导致该控制方法在实际应用中受到很大限制的问题，提供了一种基于离散状态观测器与滑模观测器的H桥级联STATCOM无差拍控制方法。

本发明所述基于离散状态观测器与滑模观测器的H桥级联STATCOM无差拍控制方法，该方法的具体过程为：

步骤一、根据H桥级联STATCOM的电路结构，获取三相坐标系下的简易数学模型；

步骤二、根据步骤一的三相坐标系下的简易数学模型获取dq坐标系下的数学模型；

步骤三、构建离散状态观测器，得到离散状态观测器方程；

步骤四、获取步骤三所述离散状态观测器的误差函数；

步骤五、构建离散滑模观测器，引入到离散状态观测器中，得到新的离散状态观测器方程；

步骤六、用步骤三所述的离散状态观测器方程减去步骤五所述的新的离散状态观测器方程；

步骤七、选取滑模面，根据步骤四的误差函数获取滑模面方程，将滑模面方程代入到步骤六获取的结果中，得到新的离散状态观测器动态方程；

步骤八、根据滑模变结构控制理论，将在滑模面上进行滑模运动时的滑模面方程代入到步骤七获取的新的离散状态观测器动态方程中，获取三相电压观测值；

步骤九、用步骤八中获取的三相电压观测值代替dq坐标系下的STATCOM输出三相电压值，达到无差拍控制。

本发明的优点：本发明所述基于离散状态观测器与滑模观测器的H桥级联STATCOM无差拍控制方法，仅仅需要知道H桥级联STATCOM简易的数学模型，构造离散状态观测器对参考电流进行预测，同时构造离散滑模观测器对STATCOM三相输出电压进行观测，就可提高电流跟踪效果，提高补偿性能，降低自身输出电流的谐波，这种控制方法具有广泛的实用性。

本发明构造离散状态观测器，并利用其预测功能，在k时刻计算得到k+1时刻的参考指令电流，从而真正实现无差拍控制；构造离散滑模观测器，对dq坐标系下的STATCOM输出三相电压值的u_d(k)和u_q(k)进行实时观测，提高系统动态精度。此方法无需精确的数学模型，仅需知道H桥级联STATCOM简易的数学模型，构造离散状态观测器对参考电流进行预测，同时构造离散滑模观测器对STATCOM三相输出电压进行观测，就可提高电流跟踪效果，提高补偿性能，降低自身输出电流的谐波。

有益效果：（1）对比图4和5可以看出，添加离散状态观测器预测环节后的实验装置输出电流的谐波含量明显降低，正弦度有明显提高，说明本文提出的预测算法应用在H桥级联STATCOM中，可以使实际输出电流更快、更准确地跟踪参考指令电流。