[发明专利]一种混合型有源滤波器的非线性控制器设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种有源电力滤波技术，特别涉及一种基于李雅普诺夫函数的混合型有源滤波器的非线性控制器设计方法。

背景技术

随着电网系统负荷的复杂化和系统谐波含量的多样化，传统的谐波治理和无功补偿技术不能满足电能质量的要求，采用有源滤波器对电网谐波进行动态实时补偿，已成为解决谐波污染问题的有效途径之一。有源滤波相对无源滤波具有快速响应和高度可控的优点，但因其受器件容量和成本的限制，难以在中高压场合中广泛应用。为了克服两者单独控制效果的不理想，将单调谐无源滤波部分和有源滤波部分串联后并入电网的混合型有源滤波器以其结构简单、控制有效而被广泛认可。

高效、稳定的控制器设计是混合型有源滤波器理论研究的热点所在。传统控制策略以瞬时无功理论、同步坐标变换为基础，通过计算负载电流中的谐波分量，实现谐波电流的补偿控制，运算精确，但算法依赖于系统数学模型，当线路参数发生摄动或负载需求大幅变化时，谐波电流跟踪易产生较大误差，控制性能不能确保，严重影响系统稳定运行。

发明内容

本发明是针对混合型有源滤波器的稳定控制问题，提出了一种混合型有源滤波器的非线性控制器设计方法，所设计的控制器可增强系统的抗干扰能力，确保系统在参数发生摄动和负载电流发生阶跃变换时能够快速恢复稳定，具有较强鲁棒性。

本发明的技术方案为：一种混合型有源滤波器的非线性控制器设计方法，混合型有源滤波器由实现高次谐波抑制的无源部分和低次谐波补偿的有源部分串联构成，无源部分由电容、电感和电阻串联组成，有源部分由直流侧电容并联三桥臂全桥逆变电路组成，控制回路采用电流-电压双闭环架构，控制器设计方法具体包括如下步骤：

1)混合型有源滤波器的数学方程为：

式中：C_P、L_P、R_P分别为无源部分串联的电容、电感、电阻值，u_sk(k＝a,b,c)分别为a,b,c三相电源耦合点电压；u_cpk(k＝a,b,c)分别为无源部分a,b,c各支路电容电压；i_k(k＝a,b,c)分别为有源部分a,b,c各支路输入电流；i_dc、u_dc分别为有源部分直流侧电流、电压；d_nk(k＝a,b,c)分别为a,b,c三相开关状态函数，即有源部分逆变器的开关状态，若定义s_i＝1(i＝1,2,3)分别表示逆变器1,2,3桥臂上桥臂导通、下桥臂关断，s_i＝-1(i＝1,2,3)分别表示逆变器1,2,3桥臂上桥臂关断、下桥臂导通，则有

2)设计基于Lyapunov函数稳定控制的内环电流控制器：

A：为使实际谐波电流快速跟踪参考值，设计混合型有源滤波器正定的Lyapunov函数：

式中：C_dc为有源部分直流侧电容值，x₁＝i_d-i_d^*，x₂＝i_q-i_q^*，x₃＝u_cpd-u_cpd^*，x₄＝u_cpq-u_cpq^*，x₅＝u_dc-u_dc^*，其中：i_d和i_q分别为dq坐标系下d轴和q轴补偿电流值，u_cpd和u_cpq分别为dq坐标系下d轴和q轴滤波电容电压值，u_dc为直流侧电容电压值，i_d^*和i_q^*分别为dq坐标系下d轴和q轴补偿电流参考值，u_cpd^*和u_cpq^*分别为dq坐标系下d轴和q轴滤波电容电压参考值，u_dc^*为直流侧电容电压参考值；

系统实现||x||→0时，V(x)→0，确保系统总能量沿着期望轨迹减少至全局渐进稳定，令：