CN102354980A

CN102354980A - 新型三相三线制有源滤波器滑模控制方法

Info

Publication number: CN102354980A
Application number: CN2011103169376A
Authority: CN
Inventors: 费峻涛; 李天华; 戴卫力
Original assignee: Changzhou Campus of Hohai University
Current assignee: Changzhou Campus of Hohai University
Priority date: 2011-10-18
Filing date: 2011-10-18
Publication date: 2012-02-15

Abstract

本发明公开了一种新型三相三线制有源滤波器滑模控制方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）负载电流谐波检测模块检测出负载电流中的三相谐波电流信号；（2）补偿电流检测模块检测出补偿电路实际的三相补偿电流信号，（3）三相谐波电流信号分别与对应的三相补偿电流信号相减，得到谐波电流的追踪控制误差；（4）利用各相电流的追踪控制误差、误差的导数、误差的积分，构造滑模变结构的滑模面；（5）对滑模控制器的输出进行PWM调制，生成控制信号控制IGBT的通断。本发明有源滤波器滑模控制方法计算简单、易于实现，可以有效的降低谐波电流的追踪误差，削弱电源电流的抖振，降低补偿后电源电流的谐波含量，提高有源滤波器的控制精度。

Description

新型三相三线制有源滤波器滑模控制方法

技术领域

本发明专利属于有源电力滤波技术领域，特别是涉及一种有源电力滤波器的滑模变结构控制方法。

背景技术

当代社会，各种非线性和时变电子装置如逆变器、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是指电网功率因数低下、波形畸变、浪涌、相位失真等。有源电力滤波器（APF—Active Power Filter）可以用于电力系统谐波抑制、无功电流补偿，其原理是使补偿电路产生与谐波电流

大小相等、方向相反的补偿电流，来抵消负载电流中的谐波电流。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负载电流谐波检测模块、谐波电流跟踪控制模块、补偿电流检测模块三个部分。有源电力滤波器克服了LC滤波器等传统的谐波抑制方法的缺点，可以补偿非线性负载产生的各次谐波，且能自动适应电网阻抗和频率的变化，具有高度的可控性和快速的适应性。

有源电力滤波器的控制系统及选用的控制算法是其滤波效果好坏的关键。传统的滞环比较法虽然具有动态响应快、鲁棒性好、对负载的适应性强等优点，但是电源电流抖振现象严重，谐波电流的追踪误差较大，电源电流谐波含量较高，极大的影响了有源电力滤波器的控制精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三相三线制有源滤波器滑模控制方法，可以有效的降低谐波电流的追踪误差，削弱电源电流的抖振，降低补偿后电源电流的谐波含量，提高有源滤波器的控制精度。

为了达到上述目的，本发明所采取的技术方案是：

一种新型三相三线制有源滤波器滑模控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

（（1）、负载电流谐波检测模块，利用基于瞬时无功功率理论的谐波快速检测方法，检测出负载电流中的三相谐波电流信号，并将检测出的谐波电流信号，作为参考信号；

（2）、补偿电流检测模块检测出补偿电路实际的三相补偿电流信号，

（3）、三相谐波电流信号分别与对应的三相补偿电流信号相减，得到谐波电流的追踪控制误差；

（4）、利用各相电流的追踪控制误差、误差的导数、误差的积分，构造滑模变结构的滑模面；

（5）、利用滑模面生成滑模控制器，对滑模控制器的输出进行PWM调制，生成PWM控制信号，控制逆变器IGBT的通断。

前述的一种新型三相三线制有源滤波器滑模控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）、负载电流谐波检测模块，检测出负载电流中的谐波电流

；并输入到谐波电流跟踪控制模块，作为参考信号；

2）、补偿电流检测模块检测出补偿电路实际的补偿电流

，输入到谐波电流跟踪控制模块；

3）、三相谐波电流分别与对应的三相补偿电流相减，得到谐波电流的追踪控制误差

；

4）、利用各相电流的追踪控制误差、误差的导数、误差的积分，构造滑模变结构的滑模面，

，

即为滑模控制器控制作用的切换函数。

前述的一种新型三相三线制有源滤波器滑模控制方法，其特征在于：逆变器IGBT的开关函数

，

，当为正时，相电桥IGBT上桥臂导通，下桥臂IGBT断开；当

为负时，

相电桥上桥臂IGBT断开，下桥臂IGBT导通。

本发明的有益效果是：本发明采用新型三相三线制有源滤波器滑模控制方法，计算简单、易于实现，谐波电流的跟踪误差导数反应了误差的变化趋势，误差的积分能有效降低谐波电流的跟踪误差，削弱电源电流的抖振现象，从而达到降低电源电流谐波含量的目的。使用本发明方法的有源电力滤波器谐波电流跟踪精度高，处理后的电源电流抖振小，电源谐波含量低，即使负载发生变化，仍然能取得很好的效果。

附图说明

图1 是新型三相三线制有源电力滤波器滑模变结构控制结构框图。

图2 是新型滑模变结构控制方法原理框图。

图3 是本发明逆变器IGBT的PWM调制原理框图。

图4 是本发明电源A相电流波形图。

图5 是本发明谐波电流跟踪误差图。

图6 是本发明电源电流谐波分析图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述。

本发明由于有源电力滤波器控制是通过不断切换直流侧电压接入方向来实现的，所以改进滑模面是改善滑模变结构控制效果的关键。

图1是新型三相三线制有源电力滤波器滑模变结构控制结构框图。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；为实际的补偿电流。根据基尔霍夫电流定律得：

（1）

三相三线制有源滤波器的状态方程如下：

（2）

其中

Figure 2011103169376100002DEST_PATH_IMAGE032

（3）

开关函数

Figure 2011103169376100002DEST_PATH_IMAGE034

负载电流谐波检测模块采用基于瞬时无功理论的谐波快速检测方法，得到负载电流中的谐波电流

，并输入到谐波电流跟踪控制模块，最为参考信号。

补偿电流检测模块检测出补偿电路实际的补偿电流，输入到谐波电流跟踪控制模块。

谐波电流跟踪控制模块采用新型滑模变结构控制方法，将参考信号与实际补偿电流相减，得到电流追踪控制误差

Figure 2011103169376100002DEST_PATH_IMAGE036

。

图2是新型滑模变结构控制方法的原理框图，滑模面

即为控制作用的切换函数，当为正时，

相电桥IGBT上桥臂导通，下桥臂IGBT断开；当

为负时，

相电桥上桥臂IGBT断开，下桥臂IGBT导通。

图3是PWM调制原理框图，IGBT的开关函数

得到等效的PWM脉冲信号，用于控制逆变器IGBT的通断。逆变器输出的谐波补偿电流通过注入电路注入到电网中，消除负载电流中的谐波成分。

表1是IGBT开关模式规则表。

情形	Sa	Sb	Sc	开关模式
					Ⅰ	+	+	-	(1,1,0)
Ⅱ	-	+	-	(0,1,0)
					Ⅲ	-	+	+	(0,1,1)
Ⅳ	-	-	+	(0,0,1)
					Ⅴ	+	-	+	(1,0,1)
Ⅵ	+	-	-	(1,0,0)

通过对所设计的三相三线制有源滤波器滑模控制方法进行SIMULINK仿真，得到仿真结果图如图4、图5、图6。

图4是电源A相电流波形图，补偿电路在t=0.04s后接入电网，开始补偿谐波电流，可以看到补偿后电源电流呈规则的正弦波形；t=0.08s后，负载发生变化，系统仍然能实现谐波电流的补偿，这说明所设计的系统对外界负载干扰具有很好的适应性。

图5是谐波电流跟踪误差图，从图上可以看出，负载变化后，电流跟踪误差仍然保持在原来的范围内。

图6是处理后电源电流谐波分析图，从图上可以看出，补偿后电源电流谐波含量THD=2.15%，符合2000年IEC颁布的新的电磁兼容标准IEC-61000，低压电网(

Figure 2011103169376100002DEST_PATH_IMAGE042

), THD<5%的标准。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。