[发明专利]一种并联混合型有源滤波器系统及其控制方法

摘要

本发明公开了一种并联混合型有源滤波系统，包括三组分别连接在交流电网三相线上的无源滤波器，三组无源滤波器又均连接至有源滤波器，交流电网三相线上还连接有非线性负载，无源滤波器包括依次串联连接在交流电网三相线上的电容和电感，本发明还公开了一种并联混合型有源滤波系统的控制方法首先建立并联混合型有源滤波系统的数学模型，然后建立线性自抗扰控制数学模型，依据内模原理建立重复控制补偿线性自抗扰控制模型，最后结合重复控制补偿线性自抗扰控制和线性自抗扰控制两种算法，对系统进行控制，本发明解决了现有技术中存在的有源滤波器的控制精度差的问题。

主权项

一种并联混合型有源滤波系统的控制方法，基于并联混合型有源滤波系统，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1、建立并联混合型有源滤波系统的数学模型：式(1)中：ω为电路电流的角频率，r为系统的等效电阻值，L为无源滤波器电感值，C为无源滤波器电容值，ia，ib，ic分别为三相网侧电流值，udc为直流侧电压值，bawa、bbwb、bcwc表示开关损耗、检测误差以及外部因素对系统的干扰，uj*,j＝a、b、c表示三相电网电压等效折算值，sA，sB，sC表示开关状态，sj,j＝A,B,C取值如下:sj,j＝A,B,C的开关函数在对称规则采样SPWM控制下，另表示为:式(3)中：t表示采样时间，Tc为PWM开关周期，d为占空比，m表示采样点，m＝1,2,3,.....，将式(3)按傅里叶级数展开得：式(4)中，dj表示占空比，Tc为PWM开关周期，在高开关频率f下，忽略sj,j＝A,B,C开关函数的高频谐波成分，得到低频模型按傅里叶级数展开表达式为:式(5)中，r为系统的等效电阻值，L为无源滤波器电感值，C为无源滤波器电容值，bawa、bbwb、bcwc表示开关损耗、检测误差以及外部因素对系统的干扰，uj*,j＝a、b、c表示三相电网电压等效折算值，sA，sB，sC表示开关状态，dj,j＝A，B，C表示占空比，采用三角波调制，占空比dj,j＝A，B，C满足下式：式(6)中，vrj表示调制波幅值，Vtri表示载波幅值，将式(6)代入式(5)，得到式(7):式(7)中，表示三相电流的微分值，r为系统的等效电阻值，L为无源滤波器电感值，C为无源滤波器电容值，vrj表示调制波幅值，Vtri表示载波幅值，uj*,j＝a、b、c表示三相电网电压等效折算值，bjwj表示开关损耗、检测误差以及外部因素对系统的干扰,Udc为直流侧电压，式(7)简化为：式(8)中：uj＝vrj，式(8)中的b0为扰动补偿因子，是决定补偿强弱的因子，在控制系统中作为可调参数使用，从式(7)看出，fj不仅包含开关损耗、检测误差外部扰动信息，还包含与输出信息有关的表征系统内部动态特性的信息；步骤2、当所述步骤1对并联混合型有源滤波系统建模结束后，建立线性自抗扰控制数学模型：采用线性扩张状态观测器和线性状态误差反馈控制律作为线性自抗扰控制器，线性自抗扰控制器的控制方程有线性扩张状态观测器方程和线性状态误差反馈控制律方程，线性扩张状态观测器方程具体表示为：式(9)中，Z21、Z22为线性扩张状态观测器方程的两个输出变量，ε为误差，Icx为补偿电流信号，为系统反馈，B1、B2为比例系数，由式(9)知，Z21跟踪系统反馈Icx，并作为控制器的电流反馈信号，Z22被称作扰动补偿，跟踪系统总扰动u(t)，并被直接引入线性自抗扰控制器的输出端，对系统的扰动进行前馈补偿，线性状态误差反馈控制律表示为：式(10)中，Z11为指令电流信号，ε1为误差，作为线性状态误差反馈控制律的输入，kp为比例系数，u0为初始控制量，结合式(9)和式(10)，得到线性自抗扰控制器总输出u，u的表达式为：u＝(u0‑Z22)/b (11)式(11)中，u0为初始控制量，b为扰动补偿因子，由式(9)、式(10)、式(11)知，线性自抗扰控制器的控制过程中可调参数为：线性状态误差反馈控制律中的比例系数kp，线性扩张状态观测器中的比例系数B1、B2，扰动补偿因子b，控制量u最终作用于被控对象；步骤3、在所述步骤2已经建立好的线性自抗扰控制器的基础上，依据内模原理建立重复控制补偿线性自抗扰控制模型，具体为：给定输入指令电流信号通过比较给定和实际输出补偿电流Icx得出的偏差ε(k)，偏差ε(k)经具有延迟环节的低通滤波器Q1(s)e‑Ts得到上一采样周期的偏差ε(k‑T)后，经过PID调节，最终得到以T为周期的重复控制输出补偿信号URC，重复控制补偿线性自抗扰控制模型的表达式具体如下：式(15)中，ε(k)为误差，作为指令电流信号与实际补偿电流Icx的差值，ε(k‑T)为上一周期的误差，URC为以T为周期的重复控制输出的补偿信号；步骤4、结合所述步骤3中的重复控制补偿线性自抗扰控制和所述步骤2中的线性自抗扰控制两种算法，最终作用于系统的控制信号为τ＝UADRC+URC (16)式(16)中，UADRC为线性自抗扰控制器的输出信号，即UADRC为线性自抗扰控制器总输出u，URC为重复控制的输出补偿信号；步骤5、将以上得出的最终作用于系统的控制信号τ输入被控对象中，进行控制：将最终作用于系统的控制信号τ，经过三角波调制后，得到六路脉冲信号，将六路脉冲信号输入有源滤波器内的三相桥臂的6个开关管，通过对开关管的控制得出实际的补偿电流Icx，最终实现并联混合型有源滤波系统的控制。