有源電力濾波器系統的魯棒模型參考自適應電流控制方法
【專利摘要】本發明提出了一種有源電力濾波器系統的魯棒模型參考自適應電流控制方法，屬于有源電力濾波【技術領域】，主要方法為將有源濾波器的非線性環節和未知干擾統統歸于不確定項，在不需要精確非線性模型以及精確的模型參數的情況下，僅需要確定不確定和干擾項的上限值，即可設計精確電流跟蹤控制器。應用本發明的單相并聯型有源電力濾波器，對單相較大功率用電設備的非線性因素導致的電源質量下降、功率因數降低等都具有優良的改善作用，對不同的負載和干擾造成的諧波和無功的污染均能夠精確、快速的實現補償，具有很高的現實意義和經濟意義。
【專利說明】有源電力濾波器系統的魯棒模型參考自適應電流控制方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種有源電力濾波器系統的魯棒模型參考自適應電流控制方法，屬于有源電力濾波【技術領域】。
【背景技術】
[0002]隨著現代電力電子技術的大力推廣與應用，使得各類功率電子設備的使用與日俱增。電網中諧波、無功以及不平衡等因素嚴重影響了電能品質，進而降低了電網中發電設備、輸電設備、配電設備和用電設備的性能與壽命，甚至危及電力系統的安全運行。有源電力濾波器(APF)是解決上述問題行之有效的方法，且有著無源電力濾波器無法比擬的優勢，對APF的研究仍是目前的一個熱點。
[0003]近年來，有源電力濾波器的控制方案中采用單相并聯電壓型的有源電力濾波器的例子，控制系統的常規結構大多如圖1所示，控制系統是典型雙環控制結構，其中電壓環為外環，電流環為內環。工作機理是:1)采集電網電壓、電流信號以及濾波器直流側電壓信號和交流側補償電流信號；2)由從電網中采集的電壓、電流信號計算出其中的諧波信號，再疊加維持有源濾波器直流側電容電壓穩態值所需的附加補償信號，構成待補償指令電流信號；3)以待補償指令電流信號與交流側補償電流信號之間的偏差作為電流跟蹤控制器的參考輸入，電流跟蹤控制器的輸出即為逆變器開關信號；4)此開關信號由PWM發生器生成控制APF逆變器部分開關管通斷的PWM信號，并送入APF逆變器環節。最終，由逆變器生成的補償電流注入電網抵消掉電網電流中的諧波成分。
[0004]單相并聯型有源濾波器的動力學模型屬于典型的非線性模型，大多數現有控制方法均是首先對APF的模型進行近似線性化，然后再設計相應的控制器，其中系統的建模誤差會對控制系統的響應性能造成不可忽視的影響，且基于近似模型設計的控制器適應性能和魯棒性能均比較弱，難以適應電網的復雜非線性和不確定干擾等情形。

【發明內容】

[0005]本發明的目的是克服現有技術中的不足，提供一種有源電力濾波器系統的魯棒模型參考自適應電流控制方法，在不需要建立精確非線性模型，不需要精確的模型參數的情形下，通過結合魯棒控制和模型參考自適應控制的優勢，能夠極大提高控制算法的適應性能和有源電力濾波器系統的魯棒性能，有利于有源電力濾波器的快速推廣。
[0006]為了解決上述技術問題，本發明所采用的具體技術方案是:
[0007]有源電力濾波器系統的魯棒模型參考自適應電流控制方法，包括以下步驟:
[0008](I)建立有源電力濾波器的動態數學模型；
[0009](2)選取穩定可控的參考模型；
[0010](3)定義廣義誤差，并推導誤差動態方程，定義輔助變量；
[0011](4)根據輔助變量設計魯棒模型參考自適應電流控制器，得到控制器的控制輸出；[0012](5)設計增益自適應率和魯棒補償項；
[0013](6)應用Lyapunov穩定性理論證明控制系統的穩定性。
[0014]前述的步驟(1)建立有源電力濾波器的動態數學模型，主要包括以下步驟:
[0015](1-1)根據電路理論和基爾霍夫回路電壓定律，得到如下電壓平衡方程式:
【權利要求】
1.有源電力濾波器系統的魯棒模型參考自適應電流控制方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)建立有源電力濾波器的動態數學模型； (2)選取穩定可控的參考模型； (3)定義廣義誤差，并推導誤差動態方程，定義輔助變量； (4)根據輔助變量設計魯棒模型參考自適應電流控制器，得到控制器的控制輸出； (5)設計增益自適應率和魯棒補償項； (6)應用Lyapunov穩定性理論證明控制系統的穩定性。
2.根據權利要求1所述的有源電力濾波器系統的魯棒模型參考自適應電流控制方法，其特征在于，所述步驟(1)建立有源電力濾波器的動態數學模型，主要包括以下步驟: (1-1)根據電路理論和基爾霍夫回路電壓定律，得到如下電壓平衡方程式:
3.根據權利要求1所述的有源電力濾波器系統的魯棒模型參考自適應電流控制方法， 其特征在于，所述步驟(2)中參考模型為: 4 =--A, +h?r(5) 其中，xm為參考模型的狀態變量，am，bm分別為參考模型的系統矩陣和控制矩陣，r為參考輸入。
4.根據權利要求1所述的有源電力濾波器系統的魯棒模型參考自適應電流控制方法，其特征在于，所述步驟(3)中， 所述廣義誤差向量e為:e = xm—X (6)； 所述誤差動態方程為:
5.根據權利要求1所述的有源電力濾波器系統的魯棒模型參考自適應電流控制方法，其特征在于，所述步驟(4)中，所述魯棒模型參考自適應電流控制器的控制輸出Φ為:
6.根據權利要求1所述的有源電力濾波器系統的魯棒模型參考自適應電流控制方法，其特征在于，所述步驟(5)中， 所述增益自適應率I2(Ar)分別為:
7.根據權利要求1所述的有源電力濾波器系統的魯棒模型參考自適應電流控制方法，其特征在于，所述步驟(6)中， 所述Lyapunov函數V為:
【文檔編號】H02J3/01GK104009477SQ201410253585
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月9日 優先權日:2014年6月9日
【發明者】馬凱琪, 費峻濤 申請人:河海大學常州校區