三相三线制有源电力滤波器的滑模变结构控制方法.docx
- 文档编号:24166481
- 上传时间:2023-05-24
- 格式:DOCX
- 页数:12
- 大小:130.07KB
三相三线制有源电力滤波器的滑模变结构控制方法.docx
《三相三线制有源电力滤波器的滑模变结构控制方法.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《三相三线制有源电力滤波器的滑模变结构控制方法.docx(12页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
三相三线制有源电力滤波器的滑模变结构控制方法
三相三线制有源电力滤波器
滑模变结构控制
摘要:
本文基于建立的三相三线制有源电力滤波器模型,设计了一种滑膜变结构控制方法。
由于有源电力滤波器控制是通过开关函数不断切换实现的,所以改进滑膜面是改善电流追踪性能的有效方法。
普通的滞环比较法虽然具有动态响应快、鲁棒性好、对负载的适应性强的特点,但抖振现象严重。
本文通过滑模面的设计,构造了一种新型滑模变结构控制,并通过仿真与滞环比较法进行了比较,证明所设计的滑模变结构控制方法具有更小的抖振和电流的追踪误差,处理后电源电流含有更少的谐波。
整体谐波补偿效果优于普通的滞环比较法。
关键词:
滑模变结构控制滑模面并联有源电力滤波器电流追踪滞环比较法
1引言
当代社会,各种非线性和时变性电子装置如逆变器、整流器及各种开关电源的大规模应用带来电力系统的电能质量问题。
所谓电能质量问题主要指电网的功率因数低下、波形畸变、浪涌、相位失真等。
有源电力滤波器(APF—activepowerfilter)可以用于电力系统谐波抑制、无功电流补偿,其基本原理是使补偿电路产生和谐波电流
具有相同幅值而相位相反的补偿电流
,以达到消除谐波的目的。
在实际运行过程中等效为一个流控电流源。
整个有源电力滤波器包括谐波检测模块、电流跟踪控制模块、补偿电流发生电路三个部分。
谐波检测模块通常采用基于瞬时无功理论的谐波快速检测方法(InstantaneousReactivePowerTheory)亦称p-q法[1]。
三相三线制有源电力滤波器的补偿电流发生电路通常采用三桥臂结构。
电流的跟踪控制方法有很多,如单周控制、滞环电流控制、空间矢量控制、滑模控制、无差拍控制、重复控制、预测控制、模糊控制、自适应控制、迭代自学习控制、人工神经网络控制等[2]。
本文主要研究滑模变结构控制(SMC—slidingmodecontrol)。
滑模变结构控制的具有快速性、对系统内部参数变化和外界干扰具有完全鲁棒性等特点,特别适合用于有源电力滤波器的谐波电流追踪控制。
文献[3][4]分别针对三相四线制和三相三线制有源电力滤波器的模型,设计了滑模控制器,介绍了该装置的原理和滑模变结构控制方法,并对滑动模态的存在性、可达性和稳定性进行了分析。
但是,文章中滑模面选择
存在缺陷。
[5]提出了一种变趋近律滑模变结构控制方法,可以使最大偏差在较短时间内得到纠正,同时又避免了较大幅值的抖振现象。
为变趋近律滑模变结构控制的设计提供了一种思路。
[6]在滑模变结构控制中引入了“准滑模”和“边界层”的概念,边界层外采用正常的滑模控制,边界层内采用连续状态反馈控制,并设计了一种三重滑模变结构控制,有效的抑制了抖振、减少了电流跟踪误差。
文献[7]运用反馈线性化方法,对单相有源电力滤波器的模型进行处理,设计了一种滑模变结构控制器。
通过实验证明所设计的滑模变结构控制对系统参数变化具有很好的鲁棒性。
文献[8]在滑膜面中引入了误差的积分,设计了一种改进型切换函数,改善了电流误差过零时的性能,减少了电流追踪的稳态误差。
[9]在对单相有源电力滤波器模型进行线性化的基础上,设计了一种模型参考自适应PI控制器,并运用Lyapunov稳定性理论推出自适应控制律。
实验证明,设计的模型参考自适应控制PI控制器比传统的PI控制器有很大的改进,提高了系统对参数变化的鲁棒性。
本文通过构造一种新的滑模面,设计了一种滑模变结构控制,跟踪性能好、抖振小、计算简单、易于实现,具有很好的理论和现实意义。
仿真结果证明,滑模变结构控制应用于有源电力滤波器能获得了良好的效果。
2三相三线制有源电力滤波器模型
并联型APF的结构如图1所示,为了消除电源电流中的谐波成分,补偿电流发生电路产生与谐波电流大小相等、方向相反的补偿电流。
图1三相三线制并联APF结构图
如图1所示,电源电流
应该是与电压同相位的正弦波;
为负载电流,含有一定的谐波;
为实际补偿的谐波电流。
根据基尔霍夫电流定律可得:
(1)
三相三线制有源滤波器的状态方程如下:
(2)
其中
(3)
开关函数
3滑模变结构控制器设计
设检测出谐波电流为
,实际补偿的电流为
,控制的目的是使得各相电流跟踪误差
定义滑模面
、
(4)
电容两端电压
只能恒定处理[11],是非可控的。
将切换函数
的正负与控制信号联系可得:
当
为正时,
相电桥上桥臂IGBT导通,下桥臂IGBT关断;当
为负时,
相电桥上桥臂IGBT关断,下桥臂IGBT导通。
因此,可得如下常值切换控制:
为
或
(5)
总体的控制规则表如表1所示:
表1滑模变结构控制律
情形
Sa
Sb
Sc
开关模式
Ⅰ
+
+
-
(1,1,0)
Ⅱ
-
+
-
(0,1,0)
Ⅲ
-
+
+
(0,1,1)
Ⅴ
-
-
+
(0,0,1)
Ⅵ
+
-
+
(1,0,1)
Ⅶ
+
-
-
(1,0,0)
4仿真与分析
利用SIMULINK中的SimPowerSystem进行仿真实验,并与滞环比较法进行比较。
电源选择220V50HZ的三相交流电源;补偿电路电感为1.4mH;直流侧电容选择0.1F;
Udc选择400V,并采用PI控制法进行恒定控制[11];补偿电路通过接入开关,在0.04s后接入电路;为了研究外界干扰对有源电力滤波器补偿效果的影响,在0.08s后,通过开关,再接入一个非线性负载。
滑模控制法整个仿真系统的SIMULINK仿真模型如图2
图2滑模变结构控制仿真模型图
图3补偿电路仿真模型图
图4SVC模块仿真模型图
负载电流中含有需要补偿的谐波电流,对负载电流进行谐波分析,如图5所示THD=24.72%,远远超过了2000年IEC颁布的新的电磁兼容标准IEC-61000,低压电网(
),THD<5%的标准。
图5A相负载电流谐波含量分析
传统的滞环比较法仿真结果如下:
传统滞环比较法能有效的补偿谐波电流,从图6可以看到,补偿后的电源A相电流THD=3.55%。
图6普通滞环比较法A相电源电流的谐波分析
图7普通滞环比较法电源A相电流波形
电源A相电流波形图分为三个阶段:
0—0.04秒,补偿电路未接入,电流波形发生畸变;0.04—0.08秒,补偿电路接入,电源电流得到补偿;0.08—0.15秒,非线性负载2接入电路,电流幅值增大1.8倍。
图8普通滞环比较法电流跟踪误差
滑模变结构控制仿真结果如下:
采用滑模变结构控制方法进行谐波补偿后,电源A相电流THD比滞环比较法降低了1%,同时,电流跟踪的误差减小,补偿后电源A相电流的抖动也减弱,所以SVC有源滤波器具有更优良的补偿效果。
图9滑模变结构控制法电源A相电流谐波分析图
图10滑模变结构控制法电源A相波形
图11滑模变结构控制法A相电流跟踪误差
5结论
有源电力滤波器工作时等效于一个无功和谐波源,其指令电流为检测出的谐波电流,具有一定的不确定性。
滑模变结构控制具有快速性、鲁棒性、稳定性好和对外界干扰不敏感等特点非常适合于有源电力滤波器的控制。
本文在传统的滞环比较法的基础上,定义了一个滑模面,构建了一种滑模变结构控制,针对三相三线制有源电力滤波器模型进行了仿真,结果表明采用滑模变结构控制法可以有效的降低补偿后电源电流的谐波含量,并明显的降低了电流的跟踪误差,削弱了电源电流的抖振。
因此,滑模变结构控制应用于有源电力滤波器具有很大的优越性。
参考文献:
[1]姜齐荣,赵东元,陈建业.有源电力滤波器结构、原理、控制[M].科学出版社,2005.
(JiangQR,ZhaoDY,ChenJY.Structure,PrincipleandControlofActivePowerFilter[M].SciencePress,2005.)
[2]王伟,周林,徐明.有源电力滤波器控制方法综述[J].继电器,2006,34(20):
81-86.
(WangW,ZhouL,XuM.Controlmethodsofactivepowerfilter[J].RELAY,2006,34(20):
81-86.)
[3]习伟,殷波,赵子岩,张永伟.三相四线制电力有源滤波器的滑模变结构控制[J].电网技术,2004,28(5):
18-21.
(YangW,YinB,ZhaoZY,ZhangYW.Slidingmodecontrolofactivepowerfiltersinthree-phasefour-wiresystem[J].PowerSystemTechnology,2004,28(5):
18-21.)
[4]俞万能,诸建新.一种三相并联有源滤波器的仿真研究[J].系统仿真学报,2007,19(20):
4624-4626.
(YuWN,ZhuJX.Simulationresearchofshuntthreephaseactivepowerfilter[J].JournalofSystemSimulation,2007,19(20):
4624-4626.)
[5]周卫平,吴正国,刘大明,杨宣访.有源电力滤波器变趋近律滑模变结构控制[J].中国电机工程学报,2005,25(23):
91-94.
(ZhouWP,WuZG,LiuDM,YangXF.Thevariablereachinglawslidingmodecontrolstrategyforthree-phasethree-wireactivepowerfilter[J].ProceedingsoftheCSEE,2005,25(23):
91-94.
[6]陶以彬,杨萍,钟国基.基于滑模变结构控制的有源电力滤波器研究.电力电容器与无功补偿,2008,29(5):
18-21.
(TaoYB,YangP,ZhongGJ.Researchofactivepowerfilterbasedonslidingvariablestructurecontrol.PowerCapacitor&ReactivePowerCompensation,2008,29(5):
18-21.)
[7]JoseMatas,LuisGarciadeVicuna,JaumeMiret,Member,IEEE,JosepMGuerrero,MiguelCastilla.FeedbackLinearizationofaSingle-phaseActivePowerFilterviaSlidingModeControl[J].IEEETRANSACTIONONPOWERELECTRONICS,2008,23
(1):
116-124.
[8]D.Stanciu,M.Teodorescu,A.Florescu,D.A.Stoichescu.Single-phaseActivePowerFilterwith
ImprovedSlidingModeControl[C].AutomationQualityandTestingRobotics(AQTR),IEEE
InternationalConference.Cluj-Napoca,2010:
1-5.
[9]Kuo-KaiShyu,Ming-JiYang,Yen-MoChen,Yi-FeiLin.ModelReferenceAdaptiveControl
DesignforaShuntActive-Power-FilterSystem[J].IEEETRANSACTIONSONINDUSTRIAL
ELECTRONICS,2008,55
(1),97-106.
[10]刘金坤.滑模变结构控制MATLAB仿真[M].清华大学出版社,2005.
(LiuJK.MATLABSimulationforSlidingModeControl[M].TsinghuaUniversityPress,2005.)
[11]MishraMK,GhoshA,JoshiA.Controlstrategiesforcapacitorvoltageequalizationinneutralclampedshuntcompensator[C].IEEEPowerEngineeringSocietyWinterMeeting,Columbus,OH,USA,2001.
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 三相 三线 有源 电力 滤波器 滑模变 结构 控制 方法