基于滑模控制的有源电力滤波器控制策略研究

摘要

电网中逆变器和变频调速装置等非线性负荷不断增加,负荷的冲击性和不平衡特性使得电力系统中的电压波形和电流波形发生畸变,严重影响了供电质量。有源滤波器(APF)被广泛研究和应用于抑制谐波污染。电流信号检测与补偿信号控制是有源电力滤波器的重要环节,本文研究的重点在于补偿信号控制部分,滞环,无差拍和三角载波控制是目前广泛采用的控制方法,但由于有源电力滤波器的非线性本质,上述方法很难在快速性、强鲁棒性和器件开关频率上同时取得较好的控制效果。滑模变结构控制是一种解决上述问题的较好控制策略。
　　 滑模变结构控制受系统参数和外部干扰影响小,它可以保证系统渐近稳定,其缺点是在滑模面附近存在抖动。本文一方面采用改进的趋近率滑模控制方法,加快了控制系统响应速度；另一方面引入边界层“准滑模控制”的概念,边界层以外采用改进的滑模控制,而在边界层以内采用滞环控制,有效的削弱了抖振。本文在分析建立三相电压源型PWM逆变器D-Q模型的基础上,采用上述改进的滑模控制方法作为电流跟踪控制策略,达到较好的快速性和鲁棒性。在仿真软件MATLAB环境下对改进的滑模控制方法进行仿真,同单独滑模控制和滞环PWM控制策略进行比较,仿真结果表明本并联型有源电力滤波器具有更好的静动态性能。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 谐波问题的危害与治理

1.1.1 谐波及其相关概念

1.1.2 谐波的危害

1.1.3 谐波的治理

1.2 有源电力滤波器现状与前景

1.2.1 有源电力滤波器的发展现状

1.2.2 有源电力滤波器的发展前景

1.3 本课题研究意义与研究工作

第二章 滑模变结构控制

2.1 滑模变结构控制原理

2.1.1 滑模控制原理

2.1.2 滑模控制面设计

2.2 抖振

2.2.1 抖振产生的原因

2.2.2 抖振控制方法

2.3 滑模变结构控制发展现状与应用

2.3.1 滑模变结构控制国内外发展现状

2.3.2 滑模变结构控制的应用

第三章 有源电力滤波器的原理与建模

3.1 有源电力滤波器的结构与分类

3.1.1 有源电力滤波器的分类

3.1.2 有源电力滤波器的结构

3.2 并联型有源电力滤波器工作原理

3.3 并联型有源电力滤波器数学模型的建立

3.3.1 基于开关函数的有源电力滤波器一般数学模型

3.3.2 D-Q坐标系下的三相电压型PwM逆变器的数学模型

3.4 并联型有源电力滤波器的系统模型

3.5 本章小结

第四章 并联型有源电力滤波器滑模控制器设计

4.1 有源电力滤波器控制器设计

4.1.1 电流内环设计

4.1.2 APF指数趋近率准滑模变结构控制

4.2 电压外环设计

4.2.1 直流侧电压波动的负面影响

4.2.2 直流侧电压PID控制

4.3 本章小结

第五章 系统仿真与结论

5.1 有源电力滤波器系统仿真模型

5.1.1 指令电流运算环节

5.1.2 指令电流控制环节

5.1.3 主电路仿真模型建立

5.2 系统仿真结果及分析

5.2.1 基于滑模控制有源电力滤波器仿真波形图

5.2.2 基于单独滑模控制和滞环控制的仿真波形

5.3 结论

第六章 总结与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢