[发明专利]有源电力滤波器直流侧电压的改进滑模PI控制方法

说明书

本发明公开了有源电力滤波器直流侧电压的改进滑模PI控制方法，属于电力技术领域。直流侧电容电压控制是APF补偿谐波电流的关键技术之一。以传统滑模PI控制为基础，本发明提出了一种改进的滑模PI控制方法。在正常运动段，该方法使用改进的趋近律函数使系统状态点在控制律u₁(x)的作用下到达滑模面的速度接近为零，从而消弱由于惯性产生的抖振。在滑动模态运动段，采用改进的具有边界层的趋近律函数使系统状态点在控制律u₂(x)的作用下，在渐进稳定于滑模面原点的过程中，逐渐减小在滑模面两侧穿越时产生的抖振；且在负载突变时，具有响应速度快、稳态精度高和补偿后的电网电流畸变率更小等优点。

技术领域

本发明属于有源电力滤波技术领域，更为具体地说是一种三相三线并联有源电力滤波器直流侧电容电压的改进滑模PI控制方法。

背景技术

随着电力电子装置在电网中的应用，致使电网中产生了大量的谐波，从而造成电网的污染。近年来，由于有源电力滤波器(Active Power Filter，APF)补偿谐波电流的性能明显优于无源电力滤波器，因而受到国内外学者的重视。由于有源电力滤波器中的逆变器功率器件的功率损耗、APF交流侧与电网的有功电流交换和负载突变都会造成直流侧电容电压的波动。为了保证APF对谐波电流的补偿精度，必须控制APF直流侧电容电压以使其保持稳定。因此，直流侧电容电压的控制是APF的关键技术之一。

当前，直流侧电容电压控制主要有PI控制、模糊PI控制、自适应PI控制、滑模自适应PI控制等方法。传统的PI控制通过调节PI参数，在一定程度上提高了直流侧电容电压的响应速度和稳态精度，但会产生严重的超调，且响应速度慢、稳态精度差。为解决传统PI调节产生的超调、响应速度慢和稳态精度低的缺点，自适应PI控制方法被提出；通过对整个控制段的PI参数进行自适应实时调节，提高了系统的响应速度和稳态精度，但自适应控制器的设计较为复杂。在精确的APF模型不确定的情况下，根据专家的知识和经验建立模糊控制规则表，对直流侧电容电压进行模糊PI控制，但稳态精度过低。为提高谐波电流补偿的响应速度和稳态精度，以及系统对外界环境的干扰和内部参数的变化的鲁棒性，滑模PI控制方法被提出；在负载突变和电网电压波动时，使用该方法提高了被控制量的响应速度和稳态精度，但在滑模运动的两个阶段产生的抖振未能有效消弱。在文献(李兰芳,徐晓刚,吴国兵.并联型APF直流侧电压的滑模PI控制策略研究[J].电力系统保护与控制,2017,45(5):32-36)中，提出了直流侧电容电压的滑模PI控制，但没有消弱系统状态点在滑模面两侧穿越时产生的抖振。

发明内容

针对工业上负载的突变和外界环境以及内部参数的变化对有源电力滤波器直流侧电压的影响，进而影响电网电流的谐波补偿性能。本发明提出一种动态响应速度快、稳态精度高和鲁棒性好的直流侧电容电压的改进滑模PI控制方法。

本发明所采用的技术方案如下：

一种有源电力滤波器直流侧电压的改进滑模PI控制方法，包括如下步骤：

步骤1，将直流侧电容电压参考值与实际值u_dc的差值定义为状态变量x₁，其变化率定义为x₂；

步骤2，根据系统状态方程改写滑模状态方程并确定滑模面为线性切换函数；

步骤3，由滑模面s_v的变化率得到的趋近律函数和正常运动段改进的趋近律函数联立得到控制律u₁(x)；通过滑模面的变化率得到的趋近律函数和滑动模态运动段具有边界层改进的趋近律函数得出控制律u₂(x)；

步骤5，将改进的滑模控制器两个运动段的输出和PI控制器的输出叠加为直流侧电容电压波动在d轴上的电流参考值i_dcd^*；所述两个运动段是指步骤3中的正常运动段和滑动模态运动段。