[发明专利]有源电力滤波器的逆系统控制器的实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种有源滤波器反馈线性化控制，具体是一种有源电力滤波器的逆系统控制器的实现方法。

背景技术

随着电力电子技术的发展，电力系统中的非线性负载越来越多，由非线性负载所产生的电压和电流谐波严重影响了电力传输系统中的电能质量。有源电力滤波器(APF，下同)作为治理电网谐波的新型电力电子装置，得到了快速的发展。其基本原理就是根据所检测到的负荷谐波电流分量来控制APF，使其发出一个相反的谐波电流进行抵消，从而起到实时补偿谐波的目的。

有源电力滤波器的输出电流包含高次谐波和暂态电流，要求其实际输出电流对指令电流有很高的跟踪能力，当有源电力滤波器的主回路和控制对象都已经确定的情况下，其输出电流的控制方法对有源电力滤波器性能和效率都有十分重要的影响。

因此，APF的关键技术之一就是逆变器的脉冲宽度调制(PWM)技术，目前常用于APF的PWM技术主要有两类，即滞环跟踪控制和三角波比较控制的PWM的技术。滞环跟踪控制精度较高且响应快，但开关频率不稳定，容易引起脉冲电流和开关噪声；三角波比较控制开关频率恒定，装置安全性高，但响应较慢，精度较低。此外，无差拍控制策略具有数学推导严密、跟踪无过冲、动态性能好等优点，但是在负荷扰动和非线性负荷下控制效果不好。单周控制作为一种非线性控制方法，它同时具有调制和控制的双重性，通过复位开关、积分器、触发电路、比较器达到跟踪指令信号的目的，但需要快速复位的积分电路，且对负载扰动的抑制能力差。逆系统方法作为非线性系统控制的新理论，近来得到了显著的发展，该方法具有物理概念清晰、适用面广、应用简便等特点，并已成功应用于一些系统的控制。

葛友等人在《中国电机工程学报》，21卷4号，2001年发表的“逆系统方法在电力系统综合控制中的应用”，该文将多变量的逆系统方法用于大型汽轮发电机组的综合控制，综合考虑了励磁控制和汽门开度控制。基于逆系统思想选取功角δ和发电机输出电压v_t作为电力系统的输出，获得了电力系统的α阶积分逆系统，由此设计了非线性解耦最优控制律，以同时提高系统的综合性能。魏文辉等人在《中国电机工程学报》，25卷3号，2005年发表的“基于逆系统方法有功-无功解耦PWM控制的链式STATCOM动态控制策略研究”，建立了链式STATCOM的有功-无功暂态模型，通过引入多变量非线性控制逆系统方法，设计了基于逆系统方法和有功-无功解耦的非线性动态无功控制策略。这些实例证明逆系统方法运用到控制策略中的可行性。

基于此，考虑将逆系统方法运用到并联电力有源滤波器的控制策略中，采用线性二次型最优调节器(LQR)设计满足指标的控制器，从而弥补多种控制策略的不足。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种有源电力滤波器的逆系统控制器的实现方法，对传统并联有源电力滤波器主电路的数学模型信号，采用逆系统方法解耦为伪线性系统后，利用线性二次型最优调节器(LQR)设计了满足一定性能指标的控制器，通过基于瞬时无功功率理论的i_p-i_q检测方法检测出负载电流中的谐波分量作为补偿电流的参考值，使补偿电流快速精确地跟踪指令电流，使电网电流被补偿为稳定平衡的三相正弦电流，且直流侧电压也能够很快的达到稳定值。

本发明是通过以下步骤实现的：

1)建立在d-q坐标系下并联的有源电力滤波器主电路的数学模型为：