一种三相四开关型有源电力滤波器及其控制方法

摘要

本发明公开了一种三相四开关型有源电力滤波器及其控制方法，该有源电力滤波器包括逆变器，逆变器包括两个开关臂和一个直流电容支路，所述两个开关臂、直流电容支路并联，所述两个开关臂均由两个功率开关串联组成；所述逆变器通过输出滤波器并联接入三相电网与三相负载之间；其控制方法为基于二维隶属云模型的增量式PID控制方法；利用二维隶属云模型对增量式PID控制器的比例系数、积分系数和微分系数进行在线调整，提高了控制系统的响应性能。本发明能对各次谐波电流及无功电流进行动态实时治理，大大提高了系统的补偿性能，节约成本，更具工程实用性。

主权项

一种三相四开关型有源电力滤波器的控制方法，三相四开关型有源电力滤波器包括逆变器，所述逆变器包括两个开关臂和一个直流电容支路，所述两个开关臂、直流电容支路并联，所述两个开关臂均由两个功率开关串联组成；所述逆变器通过输出滤波器并联接入三相电网与三相负载之间；其特征在于，包括以下步骤：1)采用Ziegler‑Nichols方法求解增量式PID控制器的比例系数K_P、积分系数K_I和微分系数K_D的初始值和2)将三相电网a相电压u_Sa通过锁相环PLL电路，获取角度ωt，得到正弦信号sinωt和余弦信号cosωt，确定矩阵C：$C=\left[\begin{array}{cc}sin\omega t& cos\omega t\\ -cos\omega t& -sin\omega t\end{array}\right],$矩阵$C_{32}=\sqrt{2/3}\left[\begin{array}{ccc}1& -1/2& -1/2\\ 0& \sqrt{3}/2& -\sqrt{3}/2\end{array}\right];$获取三相负载电流i_La、i_Lb、i_Lc，将三相负载电流i_La、i_Lb、i_Lc分别经过矩阵C₃₂、矩阵C和低通滤波器后，得到瞬时有功电流i_p的直流分量和瞬时无功电流i_q的直流分量将逆变器直流侧电压u_dc与逆变器直流侧电压参考值之差通过PI控制器，得到的输出信号叠加到瞬时有功电流i_p的直流分量上，再经过矩阵C、C₃₂变换，将变换后的信号与三相负载电流i_La、i_Lb、i_Lc相减，得到参考补偿电流信号3)将参考补偿电流信号与逆变器输出的补偿电流之间的偏差e和偏差变化率e_c作为增量式PID控制器参数调整的输入信号；其中偏差变化率e_c为偏差e的微分；4)定义偏差e、偏差变化率e_c、比例系数变化量、积分系数变化量和微分系数变化量的云集分别为：E＝{NB,NM,NS,Z,PS,PM,PB}；EC＝{NB,NM,NS,Z,PS,PM,PB}；△KP＝{NB,NM,NS,Z,PS,PM,PB}；△KI＝{NB,NM,NS,Z,PS,PM,PB}；△KD＝{NB,NM,NS,Z,PS,PM,PB}；其中，NB、NM、NS、Z、PS、PM、PB分别代表负大、负中、负小、零、正小、正中、正大；5)利用上述云集分别构建以下二维云模型规则表：表1 △KP的推理规则表表2 △KI的推理规则表表3 △KD的推理规则表6)以E和EC作为输入值，产生以下正态随机熵E'_nx、E'_ny：E′_nx＝R(Enx,Hex)；E′_ny＝R(Eny,Hey)；其中，Enx、Eny分别为E、EC的期望值；Hex、Hey分别为E、EC的标准差；R()是产生随机数的函数；如果二维隶属度μ_i(E,EC)满足：${\mu }_i(E,EC)=\exp \left\{\frac{-{(E-Exx)}^2}{2{E_{nx}^{\prime }}^2}+\frac{-{(EC-Exy)}^2}{2{E_{ny}^{\prime }}^2}\right\};$则得到二维X条件正态云发生器；Exx、Exy为常数；7)对于输入信号E和EC，在E和EC取得表1或表2或表3中相应的语言值后，该语言值刺激上述二维X条件正态云发生器的前件CGAi，每一个前件CGAi随机地产生一组正态分布值μ_ij，所有的正态分布值μ_ij构成一个激活强度矩阵，选取所述激活强度矩阵的最大值μ_max，以μ_max为输入值，得到Y条件一维正态云发生器为其中，E'_n＝R(En,He)，En、He分别为偏差e的期望值和标准差，E'_n为偏差e的正态随机熵，Ex为E'_n的期望值；控制Y条件一维正态云发生器产生m滴云滴drop(ΔK_PBj，μ_max,j)；j＝1,2,…m；则△K_P或△K_I或△K_D＝mean(△K_PB1,…,△K_PBm)；mean()表示求加权平均值；8)将增量式PID控制器比例系数K_P、积分系数K_I和微分系数K_D的初始值分别与上述△K_P、ΔKI、△K_D相加，得到最终的比例系数、积分系数和微分系数，将最终的比例系数、积分系数和微分系数代入增量式PID控制器；9)将增量式PID控制器的输出输入正弦脉宽调制器中进行调制，生成逆变器中各个功率开关的触发信号。