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

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。

主权项

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1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；所述的步骤1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U_k(k＝a，b，c)表示电源电压，i_sk(k＝a，b，c)表示电源电流，i_Lk(k＝a，b，c)表示负载电流，i_ck(k＝a，b，c)表示APF的三相补偿电流，U_DC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S_k(k＝a，b，c)表示开关状态，取值如下：其中三相有源电力滤波器一共有八种开关模态，如下表1所示：开关模态S_aS_bS_cI000II001III010IV011V100VI101VII110VIII111由基尔霍夫电压定理得到三相有源电力滤波器拓扑结构表示式如下：其中：u_aN，u_bN，u_cN分别为点a、b、c与电源中性点N之间的电压降；由于U_DC的变化率远远小于APF输出电流的变化，因此设定U_DC不变，则有源电力滤波器八种开关模态形成的八种切换子系统的集合的状态方程写为：其中，i为自然数，状态变量x＝[i_ca i_cb i_cc]^T，设补偿电流的参考值为x_d＝[x_d1 x_d2 x_d3]^T，x_dk(k＝1，2，3)表示补偿电流，那么切换平衡点即为x_d，为将切换平衡点变换到原点，需要进行坐标变换Δx_d＝x‑x_d，变换后Δx_d＝0成为新坐标系下的切换平衡点，得到切换系统的误差模型：$\begin{array}{c}\Delta \stackrel{·}{x}\\ =\left[\begin{array}{ccc}-\frac{R}{L}& 0& 0\\ 0& -\frac{R}{L}& 0\\ 0& 0& -\frac{R}{L}\end{array}\right]\Delta x+\left[\begin{array}{c}-\frac{2S_a-S_b-S_c}{3L}{U}_{DC}+\frac{U_a}{L}-\frac{R}{L}{x}_{d1}\\ -\frac{2S_b-S_a-S_c}{3L}{U}_{DC}+\frac{U_b}{L}-\frac{R}{L}{x}_{d2}\\ -\frac{2S_c-S_a-S_b}{3L}{U}_{DC}+\frac{U_c}{L}-\frac{R}{L}{x}_{d3}\end{array}\right]\\ =A\Delta x+b_i,i=1,\mathrm{2...},8\end{array}---\left(10\right)$其中，状态变量Δx＝[Δi_ca Δi_cb Δi_cc]^T，看出对于三相APF，系统矩阵A是固定的，并且A＜0。