基于全程滑模变结构控制的有源电力滤波器研究

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有源电力滤波器(Active Power Filter,APF)作为一种电能质量改善工具,能对电网中大量不断变化的谐波和无功电流进行实时补偿。如今对有源电力滤波器的控制方法研究有很多,但大多鲁棒性较差,尤其是当系统外加扰动后,补偿精度往往大打折扣。因此提出了一种基于全程滑模变结构控制的有源电力滤波器,将全程滑模变结构控制方法应用到有源电力滤波器控制系统中。  首先,介绍了有源电力滤波器的工作原理,描述并分析了基于瞬时无功功率理论的谐波电流检测方法。讨论了几种常见的APF电流跟踪控制方法,给出了它们各自的优缺点,阐述了全程滑模变结构控制方法的突出优点以及在APF应用中的前景。  其次,结合三相三线制并联型有源电力滤波器的数学模型,分析了基于全程滑模变结构控制的有源电力滤波器工作原理,以补偿电流和指令信号误差作为状态变量设计滑模函数,全程滑模变结构控制区别于普通滑模控制就在于:在滑模函数的设计过程中引入了随时间变化的全程滑动模态因子,使得系统在任意初始状态都能落在滑模面上,缩短了趋近阶段,使系统在全过程都具有较强鲁棒性。通过构造控制律,可以使系统状态点在滑模面上稳定地运动。合理设计消颤方法,减小了系统的抖振。仿真中将定常滑模和全程滑模做对比可以看出,全程滑模变结构控制对谐波电流的跟踪效果更好,同时鲁棒性更强。  最后,为了简化控制,将补偿电流和直流侧电压统一控制,建立了两相旋转坐标系下的APF数学模型,以电流误差和电压误差作为状态变量设计滑模函数和控制律。将定常滑模统一控制和全程滑模统一控制作仿真对比,可以明显看出全程滑模变结构统一系统在实现主电路直流环节电压恒定的同时,增强了系统的鲁棒性。
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