[发明专利]基于最小电流误差模型预测的有源滤波器谐波电流补偿方法

摘要

本发明公开了一种基于最小电流误差模型预测的有源滤波器谐波电流补偿方法，包括以下步骤：建立有源滤波器的数学模型，推导出以调制电压为变量的控制量对时间变化率的表达式；采集k时刻输入侧电压与谐波补偿电流作为参考值；根据步骤1）表达式得到k时刻后n个周期的控制量预测值；将其带入最小电流误差价值函数J中，对J求极值得到最小电流误差的调制电压；送入PWM调制器获得开关信号，实现对有源滤波器的最小电流无差拍控制；本发明减小了其运算量、动态性能高，无需引入反馈环节，取消了多步预测消除了采样延迟差，并且通用性强。

主权项

1.一种基于最小电流误差模型预测的有源滤波器谐波电流补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：1)建立有源滤波器的数学模型，推导出模型预测控制算法状态方程，以调制电压为变量的控制量对时间变化率的表达式；2)采集k时刻输入侧电压与谐波补偿电流作为参考值；根据步骤1)表达式得到k时刻后n个周期的控制量预测值；3)将步骤2)中参考值和预测值带入最小电流误差价值函数J中，对J求极值得到最小电流误差的调制电压；4)将步骤3)中得到的调制电压送入PWM调制器获得开关信号，实现对有源滤波器的最小电流无差拍控制；包括以下步骤：1)通过三相三电平二极管钳位并联型有源滤波器主电路拓扑结构推导出其在abc坐标系下的数学模型，如下式：式中：u_sa、u_sb、u_sc为网侧交流电压；i_ra、i_rb、i_rc为三相并联型有源滤波器输入电流；u_ao、u_bo、u_co为三相三电平二极管钳位有源滤波器输入端电压；u_o’o为中点电位差，负载平衡时其值较小，可忽略不计；忽略中点电位差后，其在α‑β坐标系下数学模型如下：式中：u_sα、u_sβ为α‑β坐标系下网侧交流电压α轴分量、β轴分量；i_rα、i_rβ为α‑β坐标系下三相并联型有源滤波器输入电流α轴分量、β轴分量；u_oα、u_oβ为α‑β坐标系下有源滤波器输入端电压α轴分量、β轴分量，2)将式(2)通过欧拉公式离散化，采集k时刻输入侧电压与谐波补偿电流作为参考值，将其带入离散化公式得到k+2时刻的控制量预测值：式中：T_s为控制系统采样周期，i_rα(k+2)、i_rβ(k+2)表示k+2时刻α‑β坐标系下有源滤波器输入电流α轴分量、β轴分量，u_sα(k+1)、u_sβ(k+1)表示k+1时刻α‑β坐标系下网侧交流电压α轴分量、β轴分量，u_oα(k+1)、u_oβ(k+1)表示k+1时刻α‑β坐标系下有源滤波器输入端电压α轴分量、β轴分量，i_rα(k+1)、i_rβ(k+1)表示k+1时刻α‑β坐标系下有源滤波器输入电流α轴分量、β轴分量；式(3)中网侧电压由下式预测：式中：u_sα(k)、u_sβ(k)表示k时刻α‑β坐标系下网侧交流电压α轴分量、β轴分量；3)将步骤2)中参考值和预测值通过最小电流误差价值函数J中，对J求极值得到最小电流误差的调制电压；价值函数J如下：根据求解得到4)将步骤3)中得到的调制电压送入PWM调制器获得开关信号，实现对有源滤波器的最小电流无差拍控制。