[发明专利]基于Lyapunov的三电平三相四线制SAPF非线性控制方法

说明书

本发明涉及一种基于Lyapunov的三电平三相四线制SAPF非线性控制方法，包括以下步骤：S1：建立三电平NPC型三相四线制SAPF在三相静止abc坐标系下的一般数学模型；S2：将获得的SAPF在三相静止abc坐标系下的一般数学模型转换成dq0坐标系中的一般数学模型；S3：获取稳态时dq0坐标系下的数学模型及开关函数；S4：根据稳态时dq0坐标系下的数学模型，结合Lyapunov理论设计电流内环的NPC型三电平SAPF系统的正定能量函数和开关函数；S5：获取最优控制增益，根据NPC型三电平SAPF系统的开关函数对SAPF各相桥臂上的开关的开通和关断进行控制；S6：引入调节因子，稳定SAPF直流侧电压的平衡。与现有技术相比，本发明具有改善系统的动静态特性、维持直流侧电压平衡等优点。

技术领域

本发明涉及微电网技术领域，尤其是涉及一种基于Lyapunov的三电平三相四线制SAPF非线性控制方法。

背景技术

近年来，随着整流、变频装置的广泛使用和半导体非线性负荷的快速增加，电力系统面临着越来越严重的谐波污染问题。采用并联型有源滤波器(Shunt Active PowerFilter，SAPF)对电网的谐波进行动态实时补偿，已成为最有效、最具前景的途径之一。

三电平SAPF相比于传统的两电平SAPF有许多优点，例如具有较低的开关频率和损耗、高系统耐压、可在较高电压系统中应用等。三电平SAPF的拓扑结构主要有二极管钳位(Neutral-Point Clamped，NPC)型、飞跨电容型和级联H桥型，其中NPC型所需的直流侧电容数量和所需解决的直流侧电压不平衡问题最少、鲁棒性最好。三相四线制系统增加了对零序分量的处理，不仅能对三相平衡系统的谐波和无功进行补偿，而且能对电网不平衡时非线性负荷产生的零序谐波分量进行补偿，然而目前，国内外的研究大多是基于三相三线制以及单相半桥系统，而对于三相四线制系统的研究则较为有限。

NPC型三电平拓扑结构虽具有许多突出的优点，但中点电压不平衡也是其固有的缺陷。中点电压波动会降低系统的稳定性，严重时甚至会使系统无法正常工作，因此必须对其进行控制。

稳定有效的控制器设计是SAPF理论研究的关键所在。传统的控制策略主要依据局部线性化方法，当系统参数或负载发生变化时，控制性能不稳定，且由于SAPF的动态方程是非线性的，因此对SAPF的控制效果不佳。近20年来迅速发展的非线性控制系统的微分几何理论为这一问题提供了可行性的解决方案。现有技术提出利用状态反馈精确线性化方法建立其线性化模型，可实现对SAPF三相进行解耦控制，但该方法需建立精确的系统模型；现有研究提出滑模控制方法，该控制策略虽能取得较好的补偿效果，但其存在高频抖动的问题；基于无源理论的自适应滑模控制也是目前已提出的解决方案，该控制方式可实现谐波电流和直流侧电压的快速跟踪控制，但只能实现平衡负荷下的控制。此外，已有技术将基于李雅普诺夫(Lyapunov)函数的非线性控制方法引入到SAPF中，可实现负载变化时的实时控制，但控制对象为小功率的单相SAPF。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可改善系统的动静态特性、维持直流侧电压平衡的基于Lyapunov的三电平三相四线制SAPF非线性控制方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

基于Lyapunov的三电平三相四线制SAPF非线性控制方法，所述的方包括以下步骤：

S1：根据三电平NPC型三相四线制SAPF的电路结构，建立三电平NPC型三相四线制SAPF在三相静止abc坐标系下的一般数学模型；

S2：采用等功率变换将获得的SAPF在三相静止abc坐标系下的一般数学模型转换，获取同步旋转dq0坐标系中的一般数学模型；

S3：根据步骤S2获取的一般数学模型获取稳态时dq0坐标系下的数学模型及开关函数；