基于自抗扰的三电平APF研究.pdf

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1、第49卷第3期电力电子技术Vo1．49．No．32015年3月PowerElectronicsMarch2015基于自抗扰的三电平APF研究谢钊文，呼小亮，徐欢庆，毛波涛(中国矿业大学，信息与电气工程学院，江苏徐州221116)摘要：首先分析了有源电力滤波器(APF)在d，q坐标系下的数学模型及在此模型下的双闭环比例积分(PI)控制策略，针对电流内环无法全频段精确跟踪谐波电流指令信号及存在电流相位偏移问题，设计了一种自抗扰控$~(ADRC)。仿真和实验结果表明，基于ADRC的APF能有效补偿谐波电流。关键词：有源电力滤波器；比例积分；自抗扰控制器中图分类号：T

2、N713~．8文献标识码：A文章编号：1000—100X(2015)03—0O90—03StudyofThree-levelActivePowerFilterBasedonADRCXIEZhao-wen，HUXiao-liang，XUHuan—qing，MAOBo-tao(ChinaUniversityofMining&Technology，Xuzhou221116，China)Abstract：Themathematicalmodeloftheactivepowerfilter(APF)ind，qcoordinatesystemandthepropo~ion

3、alint—egral(PI)controlstrategyforitareanalyzed．InviewofthecurrentinnerringCan’tfullfrequencyprecisiontrackesbar-moniccurrentinstructionsignalandcurrentphaseshiftproblems，akindofactivedisturbancerejectioncontroller(ADRC)isdesigned．SimulationandexperimentshowthatusingADRCforAPFCancomp

4、ensateharmoniccurrentefectively．Keywords：activepowerfilter；proportionalintegral；activedisturbancerejectioncontroller1引言在此基础上，设计了一种针对于APF的ADRC，克服了PI控制的电流内环无法全频段精APF的核心问题是谐波检测及补偿电流控确跟踪谐波电流指令信号及电流相位偏移问题，制。能否快速的检测谐波电流，是APF有效工作使谐波电流得到实时快速的补偿。的前提。APF的控制策略一般可分为间接电流控制和直接电流控制。间接电流控制的对象是负载2传统

5、APF双闭环PI控制策略电流，直接电流控制的对象则是电网电流。目前，三电平APF主电路拓扑如图1所示。各桥臂这两种控制方式均为基于电压外环、电流内环的由4个开关管和两个辅助二极管组成，其中，开关双闭环PI控制。但传统PI控制存在如下问题【】：管VD和VD相当于两电平APF中的上、下开关PI控制器的稳定裕度与动态品质存在矛盾：PI控管，VD：和VD和辅助二极管构成中点箝位电路。制器的“快速性”与“超调”存在矛盾：PI控制器的误差积分反馈在无扰动时，常使闭环系统的动态特性变差。针对目前PI控制器的不足。相继开发出了具有独特功能和效率的非线性跟踪微分器【21、扩张观

6、测器【】等非线性实用控制器，其中最具代表性的就是ADRC。ADRC不依赖于被控对象精确的数学模型，算法简单，在未知强非线性和不确定强扰动作用下均可保证控制精度。近年来已在大量的数值仿真和实物实验中取得了理想的控制效果，图1三电平APF的拓扑显示出了极大的应用前景。Fig．1Topologyofthree-levelAPFd，g坐标系下，APF的数学模型为：定稿日期：20l4—06—10+作者简介：谢钊文(1987一)，男，湖北麻城人，硕士研究生。研究方向为电力电子在电力系统中的应用。式中：e和e分别为电网电压d，q轴的分量；Ud和分别90基于自抗扰的三电平AP

7、F研究为变流器交流侧电压d，q轴的分量；id和分别为补偿电fu1(+^)=1(t)+hu2(t)，^、流d，q轴的分量；P为微分算子。【u2(t+h)=u2(t)+hfst[u1(t)一()，U2(￡)，r，h】由式(1)得到APF无谐波检测环节的解耦控式中：1,(￡)为输入信号；h为积分步长￡，X2，r，加为非制框图如图2所示。线性函数t={【=一rsl’gn(口，I口l>口。广义微分是一种品质很好的微分．它不是靠微分环节实现，而是由状态观测器来实现，状态观砜。。一Ld—_1L卜_＼!／1Vl＆。测器从结构上又可以认为是滤波器，从而可有效降低对噪声的敏感程度

8、。给定一个被噪声污染的电流信号，TD和