一種基于模型參考自適應(yīng)模糊控制的有源電力濾波器控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于模型參考自適應(yīng)模糊控制的有源電力濾波器控制方法，包括（1）建立有源電力濾波器的動(dòng)態(tài)模型；（2）選取參考模型，參考模型的狀態(tài)空間模型如公式（14）所示，（3）定義有源電力濾波器的廣義狀態(tài)跟蹤誤差為e＝xm-x--（15）；（4）設(shè)計(jì)有源電力濾波器非線性部分的T-S模糊逼近輸出；（5）設(shè)計(jì)由T-S模糊控制項(xiàng)與滑?？刂祈?xiàng)夠成的有源濾波器電流自適應(yīng)控制器；（6）應(yīng)用穩(wěn)定性理論證明系統(tǒng)穩(wěn)定，保證跟蹤誤差e收斂到零；（7）有源濾波器直流側(cè)電壓的控制選用PI控制器。本發(fā)明能夠極大的提高有源電力濾波器的補(bǔ)償性能和魯棒性能，不僅有效的改善了電能質(zhì)量，而且有利于有源電力濾波器的快速推廣。
【專利說(shuō)明】一種基于模型參考自適應(yīng)模糊控制的有源電力濾波器控制
方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于模型參考自適應(yīng)模糊控制的有源電力濾波器控制方法，屬于有源電力濾波【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]電力電子技術(shù)的高頻化發(fā)展和廣泛應(yīng)用是必然趨勢(shì)，它能給我們的生產(chǎn)和生活帶來(lái)越來(lái)越多的便利，相反地由電力電子器件的非線性特性引起的電能質(zhì)量問(wèn)題會(huì)更加嚴(yán)峻，諧波的特性將更加復(fù)雜。有源電力濾波器作為一種有效的補(bǔ)償諧波和無(wú)功的設(shè)備，通過(guò)向電網(wǎng)中注入和諧波電流幅值相同相位相反的補(bǔ)償電流來(lái)抵消非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流，能有效克服傳統(tǒng)的無(wú)源濾波器補(bǔ)償頻率單一、動(dòng)態(tài)性能差等本質(zhì)問(wèn)題，是目前的研究熱點(diǎn)，具有良好的應(yīng)用前景。單相并聯(lián)型有源濾波器的動(dòng)力學(xué)模型屬于典型的非線性模型，大多數(shù)現(xiàn)有方法均是首先對(duì)APF的模型進(jìn)行近似線性化，然后再設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制器，由此在建模過(guò)程中所產(chǎn)生的與實(shí)際系統(tǒng)的誤差會(huì)存在于整個(gè)控制器的設(shè)計(jì)過(guò)程，且它是影響APF補(bǔ)償性能的關(guān)鍵因素。
[0003]近年來(lái)，有關(guān)有源電力濾波器的控制方案中采用單相并聯(lián)電壓型的有源電力濾波器的例子，控制系統(tǒng)的常規(guī)結(jié)構(gòu)均如圖1所示，控制系統(tǒng)是典型雙環(huán)控制結(jié)構(gòu)，其中電壓環(huán)為外環(huán)，電流環(huán)為內(nèi)環(huán)。工作原理是:首先，采集電網(wǎng)電壓、電流信號(hào)；然后，計(jì)算出其中的諧波信號(hào)；其次，疊加由電壓環(huán)計(jì)算得出的附加待補(bǔ)償信號(hào)；再次，送入電流環(huán)控制器，控制器的輸出即是逆變器開(kāi)關(guān)占空比；最后，占空比信號(hào)由PWM發(fā)生器生成逆變器所需開(kāi)關(guān)信號(hào)，并送給逆變器。最終，逆變器生成的補(bǔ)償電流注入電網(wǎng)抵消掉電網(wǎng)電流中的諧波成分。
[0004]新型的智能控制方法得到很大的發(fā)展，但多數(shù)控制方法在應(yīng)用到有源濾波系統(tǒng)時(shí)均要對(duì)有源濾波器數(shù)學(xué)模型做近似處理，但是這樣的控制方案會(huì)包含建模誤差帶來(lái)的影響，由此設(shè)計(jì)的控制器對(duì)于實(shí)際系統(tǒng)也不能發(fā)揮最優(yōu)控制性能，因而限制了有源電力濾波技術(shù)的快速發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明目的是提供一種能夠極大提高有源電力濾波器的補(bǔ)償性能和魯棒性能的基于模型參考自適應(yīng)模糊控制的有源電力濾波器控制方法，不僅有效的改善了電能質(zhì)量，而且有利于有源電力濾波器的快速推廣。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過(guò)如下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0007]本發(fā)明的基于模型參考自適應(yīng)模糊控制的有源電力濾波器控制方法，包括以下幾個(gè)步驟:
[0008](I)建立有源電力濾波器的動(dòng)態(tài)模型；
[0009](2)選取參考模型，參考模型的狀態(tài)空間模型如公式(14)所示，[0010]im = Amxm + Bbmr(14)
[0011]其中，Am e R2x2是系統(tǒng)矩陣，B = [O; I]，bm e Rixi是控制矩陣調(diào)整系數(shù)，Xffl是參考狀態(tài)變量，r是參考控制輸入量；
[0012](3)定義所述有源電力濾波器的廣義狀態(tài)跟蹤誤差為
[0013]e = Xm-X (15)
[0014]其中，X是系統(tǒng)狀態(tài)變量；
[0015](4)設(shè)計(jì)所述有源電力濾波器非線性部分的T-S模糊逼近輸出；
[0016](5)設(shè)計(jì)由T-S模糊控制項(xiàng)(設(shè)計(jì)得到)與滑?？刂祈?xiàng)(設(shè)計(jì)得到)構(gòu)成的有源濾波器電流自適應(yīng)控制器；
[0017](6)應(yīng)用Lyapunov穩(wěn)定性理論證明有源電力濾波器控制系統(tǒng)穩(wěn)定,保證廣義狀態(tài)跟蹤誤差e收斂到零。
[0018]步驟(1)中，所述有源電力濾波器的動(dòng)態(tài)模型的建立包括以下步驟:
[0019]I)將所述有源電力濾波器在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)的工作過(guò)程分解為兩個(gè)模式，設(shè)其中四個(gè)開(kāi)關(guān)管VT1-VT4的開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換頻率為fs，轉(zhuǎn)換周期為Ts = l/fs，占空比D = T0N/TS,D e [01]:模式一，O < t < DTs 時(shí)，VT2、VT3 導(dǎo)通，VT1、VT4 關(guān)斷;模式二，當(dāng) DTs < t < Ts時(shí)，VT2，VT3關(guān)斷，VTU VT4導(dǎo)通，開(kāi)關(guān)狀態(tài)與模式一相反；
[0020]2 )模式一、模式二的動(dòng)力方程分別為公式(I)和公式(2 )，
【權(quán)利要求】
1.一種基于模型參考自適應(yīng)模糊控制的有源電力濾波器控制方法，其特征在于，包括以下幾個(gè)步驟: (O建立有源電力濾波器的動(dòng)態(tài)模型； (2)選取參考模型，參考模型的狀態(tài)空間模型如公式(14)所示，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于模型參考自適應(yīng)模糊控制的有源電力濾波器控制方法，其特征在于， 步驟(1)中，所述有源電力濾波器的動(dòng)態(tài)模型的建立包括以下步驟: 1)將所述有源電力濾波器在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)的工作過(guò)程分解為兩個(gè)模式，設(shè)其中四個(gè)開(kāi)關(guān)管VT1-VT4的開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換頻率為fs，轉(zhuǎn)換周期為Ts= l/fs，占空比D = TQN/TS，D e [O I]:模式一，O < t < DTs 時(shí)，VT2、VT3 導(dǎo)通，VT1、VT4 關(guān)斷;模式二，當(dāng) DTs < t < Ts 時(shí)，VT2，VT3關(guān)斷，VT1、VT4導(dǎo)通，開(kāi)關(guān)狀態(tài)與模式一相反； 2)模式一、模式二的動(dòng)力方程分別為公式(I)和公式(2),
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于模型參考自適應(yīng)模糊控制的有源電力濾波器控制方法，其特征在于， 步驟(4)中，所述有源電力濾波器非線性部分的T-S模糊逼近輸出的設(shè)計(jì)包括以下步驟: 1)設(shè)T-S模糊模型由一系列IF-THEN形式的模糊規(guī)則構(gòu)成 Ri:IF z is Zi THEN y = ajX+bjU, i = l...m (16) 其中，ai ∈ Rn, bi∈ R是第i條模糊關(guān)系的參數(shù)，m是規(guī)則條數(shù)，z ∈ Rq是模糊模型輸入矢量； 2)模糊模型輸出

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于模型參考自適應(yīng)模糊控制的有源電力濾波器控制方法，其特征在于， 步驟(5)中，所述有源濾波器電流自適應(yīng)控制器的設(shè)計(jì)包括以下步驟:
1)Rj:IF V is Vj THEN uf = kljx+k2jr, i = l...m (21) 其中，klj∈Rn,k2j∈R是第j條模糊關(guān)系的參數(shù)，m是規(guī)則條數(shù),v∈ Rm是模糊模型輸入矢量； 2)模糊模型輸出

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于模型參考自適應(yīng)模糊控制的有源電力濾波器控制方法，其特征在于， 步驟(6)中，保證跟蹤誤差e收斂到零的方法如下: O由式(13)、(14)以及(15)，跟蹤誤差動(dòng)態(tài)方程可以寫(xiě)成:


6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任意一項(xiàng)所述的基于模型參考自適應(yīng)模糊控制的有源電力濾波器控制方法，其特征在于， 對(duì)有源電力濾波器直流側(cè)電壓的控制選用PI控制器。
【文檔編號(hào)】H02J3/01GK103779865SQ201410023631
【公開(kāi)日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2014年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月17日
【發(fā)明者】馬凱琪, 費(fèi)峻濤 申請(qǐng)人:河海大學(xué)常州校區(qū)