[发明专利]一种新型单相三电平有源电力滤波器控制方法

说明书

技术领域

本发明属于谐波抑制领域，尤其涉及一种基于滑模控制策略的单相三电平有源电力滤波器控制方法。

背景技术

近年来，大量的非线性负载投入到电网中去，从而使得电力系统电压、电流波形发生畸变。有源电力滤波器（APF）作为一项动态抑制谐波和无功的措施得到了广泛的研究和应用。它既可以抑制谐波，又可以补偿无功，与无源滤波器相比，其补偿的实时性和准确性更好。

目前国内外对有源电力滤波器的研究主要集中在三相，且大多数是两电平，而对单相三电平APF的研究则不够深入和广泛。随着越来越多的单相电力电子设备的使用，单相设备对电网的危害越来越严重，而三电平有源电力滤波器在高电压、大功率方面得到了越来越广泛的重视，是目前的研究热点。因此，有必要研究一种良好的单相三电平APF控制策略来抑制电网谐波。

滑模控制又称变结构控制，最早由前苏联学者在20世纪50年代提出来。滑模变结构控制的最大优点在于它的鲁棒性和快速的动态响应。国内外学者自20世纪80年代以来就进行了大量研究，已发表了大量的学术论文。其中大多数都是将滑模控制技术应用在三相有源电力滤波器中，并取得了良好的控制效果，而其在单相有源电力滤波器中的应用相对较少。

发明内容本发明就是针对上述问题，设计了一种新型单相三电平有源电力滤波器控制方法，该方法将单相有源电力滤波器与滑模变结构控制技术相结合，通过建立单相有源电力滤波器的统一数学模型分析其控制矢量图，然后计算等效控制量，根据等效控制量推导对应的矢量选择规则，使电源电流为正弦波。通过对小矢量的选取把中点电流的积分值限制在极小的范围之内，使上下电容电压保持相等，从而使直流侧电容电压保持均衡。

本发明采用的技术方案是，一种新型单相三电平有源电力滤波器控制方法，包括滑模变结构控制、直流侧电压控制、电容均压控制。所述的滑模变结构控制，基本要求可以概括为存在性和可达性，存在性是指选取滑模函数使控制系统在滑模面上渐进稳定；可达性是指确定控制作用使所有运动轨迹在有限的时间内达到滑模面。

所述的直流侧电压控制，将直流侧电压的给定值与测量值相减，再经过PI调节，得到调节信号，把它叠加到瞬时有功电流上去，这样指令电流中包含一定的基波有功分量，从而使得有源电力滤波器的直流侧与交流侧交换能量，将直流侧电容电压调节到给定值。

所述的电容均压控制，目的不仅是要维持2个电容电压之和保持不变是维持2个电容电压相等。

本发明的有益效果是，该新型单相三电平有源电力滤波器控制方法，将单相有源电力滤波器与滑模变结构控制技术相结合，取得了良好的控制效果，并且具有良好的鲁棒性和快速的动态响应。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。 图 1 是本发明的单相三电平有源电力滤波器拓扑结构图。

具体实施方式

如图所示，本发明的新型单相三电平有源电力滤波器控制方法，包括滑模变结构控制、直流侧电压控制、电容均压控制。

所述的滑模变结构控制，基本要求可以概括为存在性和可达性，存在性是指选取滑模函数使控制系统在滑模面上渐进稳定；可达性是指确定控制作用使所有运动轨迹在有限的时间内达到滑模面。单相有源电力滤波器的控制目标是输出电流等于谐波电流的指令信号。本发明选取Vdc1=Vdc2=300 V，则可使得控制系统满足可达性条件。

所述的直流侧电压控制，将直流侧电压的给定值与测量值相减，再经过PI调节，得到调节信号，把它叠加到瞬时有功电流上去，这样指令电流中包含一定的基波有功分量，从而使得有源电力滤波器的直流侧与交流侧交换能量，将直流侧电容电压调节到给定值。本发明中直流侧电容为8 000μF；直流总给定电压为600 V；PI参数为Kp=0.2，Ki=0.2。

所述的电容均压控制，目的不仅是要维持2个电容电压之和保持不变是维持2个电容电压相等。通过对小矢量的选取把中点电流的积分值限制在极小的范围之内，使上下电容电压保持相等，从而使直流侧电容电压保持均衡。本发明中单个电容电压为300 V。

以上关于本发明的具体描述，没有局限性，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。