一种新的考虑饱和限幅的三相有源电力滤波器的控制方法
【专利摘要】本发明具体地公开了一种新的考虑饱和限幅的三相有源电力滤波器的控制方法，该方法首先建立三相APF切换系统的误差模型，基于Lyapunov稳定性定理和凸集理论，为考虑饱和限幅的三相APF找到了一种新的、保守型更小的稳定性判据。然后将得到的切换控制算法和空间电压矢量控制算法相结合，根据三相电源电压构成的空间电压矢量图及波形图，将三相电源电压分成六个扇区，再根据凸组合稳定条件，在每个扇区内设定能够满足二次稳定条件的开关子系统组合，并为系统选取共同的李亚普诺夫(Lyapunov)函数，在满足条件的子系统组合中选取使得Lyapunov函数导数最小的子系统。
【专利说明】一种新的考虑饱和限幅的三相有源电力滤波器的控制方法
【技术领域】
[0001]本发明具体公开了一种新的考虑饱和限幅的三相有源电力滤波器的控制方法。
【背景技术】
[0002]随着电力电子技术的迅速发展，电力电子装置越来越多的用于工业和人们的日常生活中，它在给人们带来利益和方便的同时，也给电网带来了越来越严重的谐波污染问题。而电力系统谐波含量是衡量电能质量的一项重要指标。有源电力滤波器能够动态的治理各次谐波，因而成为了谐波滤除的发展方向。目前的研究重点主要集中于有源电力滤波器的拓扑结构、控制策略、补偿特性、谐波抑制、谐波检测方法和控制器设计，对稳定性问题涉及较少。
[0003]在《电工技术学报》2009，24(7):164-170公开了一篇关于“有源电力滤波器预测电流控制及稳定性分析”的文章，该文章通过Lyapunov函数分析参考电流预测算法的稳定性，根据SVPWM调制的APF闭环传递函数分析SVPWM部分稳定性。根据SVPWM调制的APF闭环传递函数分析了 SVPWM部分的稳定性。
[0004]在《中国电机工程学报》2008，28 (6):43-48公开了一篇关于“混合型并联有源电力滤波器的稳定性”的文章，该文章重点研究了系统延时、电网电感和无源滤波器参数对系统稳定性的影响。
[0005]在文献《中国电机工程学报》2008, 28 (18):54_60公开了一篇关于“并联混合型有源电力滤波器稳定性及控制方法”的文章，该文章提出一种同时检测负载电流和电源电压来控制APF输出电流的控制方案，该控制方案可以使系统变稳定，并且具有理想的补偿效
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[0006]另外，许多文献对APF采用切换系统的理论进行控制策略的研究。为系统选取了共同的Lyapunov函数，找到了能够保证系统二次稳定的切换控制率。但是以上各个算法都没有考虑饱和非线性对系统影响。
[0007]饱和非线性普遍存在于实际控制系统中，几乎所有的实际控制系统的参数都有上下界限制，因此都会遇到饱和问题，而它们之中的很多都属于连续时间系统。通常饱和限制对于系统的影响也是相当大的，它会使无状态饱和时的稳定系统变得不稳定，就状态饱和而言，其主要影响形式有产生新的平衡点或极限环等。
【发明内容】
[0008]为了解决现有技术存在的缺点，本发明具体公开了一种新的考虑饱和限幅的三相有源电力滤波器的控制方法。
[0009]本发明采用的技术方案如下:
[0010]一种新的考虑饱和限幅的三相有源电力滤波器的控制方法，包括以下步骤:
[0011]步骤I建立三相有源电力滤波器切换系统误差模型；
[0012]步骤2基于Lyapunov稳定性定理和凸集理论，为考虑饱和限幅的三相有源电力滤波器找到一种稳定的切换控制算法；
[0013]步骤3将得到的切换控制算法和空间电压矢量控制算法相结合，根据三相电源电压构成的空间电压矢量图及波形图，将三相电源电压分成六个扇区，再根据凸组合稳定条件，在每个扇区内设定能够满足二次稳定条件的开关子系统组合，并为系统选取共同的李亚普诺夫(Lyapunov)函数,在满足条件的子系统组合中选取使得Lyapunov函数导数最小的子系统；
[0014]步骤4根据上述方法得到的控制规则，通过控制三相有源电力滤波器的开关切换来精确跟踪指令电流信号，降低逆变器的开关损耗。
[0015]所述的步骤I中建立三相有源电力滤波器切换系统误差模型的详细过程如下:
[0016]根据三相有源电力滤波器拓扑结构,用Uk (k=a, b, c)表示电源电压，isk(k=a, b, c)表示电源电流，iLk(k=a, b, c)表示负载电流，ick(k=a,b, c)表示APF的三相补偿电流,Udc表
APF直流侧电压,R表不输出电阻，L表不输出电抗,C表不直流侧电容,S1~S6分别代表APF 的 6 个 IGBT ；
[0017]用Sk(k=a，b，c)表示开关状态，取值如下:
[0018]
【权利要求】
1.一种新的考虑饱和限幅的三相有源电力滤波器的控制方法，其特征在于:包括以下步骤: 步骤I建立三相有源电力滤波器切换系统误差模型； 步骤2基于Lyapunov稳定性定理和凸集理论，为考虑饱和限幅的三相有源电力滤波器找到一种稳定的切换控制算法； 步骤3将得到的切换控制算法和空间电压矢量控制算法相结合，根据三相电源电压构成的空间电压矢量图及波形图，将三相电源电压分成六个扇区，再根据凸组合稳定条件，在每个扇区内设定能够满足二次稳定条件的开关子系统组合，并为系统选取共同的李亚普诺夫函数，在满足条件的子系统组合中选取使得Lyapunov函数导数最小的子系统；
步骤4根据上述方法得到的控制规则，通过控制三相有源电力滤波器的开关切换来精确跟踪指令电流信号，降低逆变器的开关损耗。
2.如权利要求1所述的三相有源电力滤波器的控制方法，其特征在于:所述的步骤I中建立三相有源电力滤波器切换系统误差模型的详细过程如下: 根据三相有源电力滤波器拓扑结构，用Uk (k=a, b, c)表示电源电压，isk(k=a, b, c)表示电源电流，iLk(k=a，b，c)表示负载电流，ick(k=a, b, c)表示APF的三相补偿电流，Udc表示APF直流侧电压，R表示输出电阻，L表示输出电抗，C表示直流侧电容，S1~S6分别代表APF的6个IGBT ； 用Sk(k=a, b, c)表示开关状态,取值如下:
3.如权利要求1所述的三相有源电力滤波器的控制方法，其特征在于:所述的步骤2所述的详细过程如下: 对于考虑饱和限幅的三相APF的二次稳定性，设定如下定理: 定理1:对于2≤m≤8，m表示子系统的个数，的如果存在一个凸组合λ = [λ1...λπ]τ以及一个主对角元素为负的行对角占优矩阵G使得:
4.如权利要求1所述的三相有源电力滤波器的控制方法，其特征在于:步骤3所述的详细过程如下: 由(9)式可得:
【文档编号】H02J3/01GK103618314SQ201310700038
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年12月18日 优先权日:2013年12月18日
【发明者】程新功, 张梦华, 张静亮, 宗西举, 任宏伟, 王成友, 李石清, 殷文月, 王玉真, 于明珠, 邵振振, 丁冬睿 申请人:济南大学, 山东贝格木德信息科技有限公司