其状态方程为
|
式中:L为SAPF的电感;
us为电源电压。
由于SAPF的作用是通过逆变器输出把电源电流is调解成与电源电压us同相位的正弦波作为控制系统的设计目标。假设电源电压为正弦波,
式中:k为一标量,其大小决定于负载有功功率和SAPF所消耗的有功功率,这将由逆变器直流侧电容电压的闭环控制来调整。
于是采用SAPF进行电网补偿的问题,转化为如何使电源电流is很好地跟踪参考给定电流
2滑模变结构控制器设计
2.1可达性条件
根据滑模变结构理论[4],定义滑模切换线为
2.2等效连续控制
当系统进入滑动模态时满足条件[5][6]
由于-1≤veqk≤1,如果系统在满足式(16)和开关频率无限高的情况下,控制逆变器开关,可以使系统工作在切换线上,这样is将紧紧跟踪虽然实际系统不可能工作在无限高的切换频率下,按-1≤veqk≤1进行控制的系统不可能始终工作在滑模切换线上,但总能保持趋向于切换线而不受外部扰动的影响。
2.3稳定性分析
当系统状态点未到达滑模切换线时,定义李雅普诺夫函数为
3SAPF的控制系统
系统的控制框图如所示,直接将电源侧的输入电流is作为控制对象,使其为正弦波,且与电源电压同相,达到功率因数为1的目的。系统采用双闭环控制,外环为电压环,一方面控制直流侧的电压使其稳定在给定值附近,另一方面,根据有功功率的流动并利用功率平衡获取参考输入电流的幅值k,与同步信号相乘后作为电流参考信号。内环是电流环,检测实际输入电流is与参考电流的误差,其误差经SMC控制电路产生相应的PWM波控制电路中各个开关管的导通和截止,从而达到实时跟踪控制电源实际电流的目的。控制中,外环电压环采用PI控制。另外,为了避免同一桥臂上两个功率器件在换流时出现的瞬间短路,电路设计上还设置了死区延时,以保证同一桥臂上器件顺序通断。
4仿真与实验验证
4.1仿真验证
为了验证本文中所论述的控制策略的正确性,先将本文所提出的方法用Matlab中的SIMULNK进行了仿真验证。仿真条件为:电网电压150V,工频50Hz;三相有源滤波器的电容C=3300μF,电感La=Lb=Lc=5mH,非线性负载为三相全桥整流电路,直流侧LL=100mH,RL=17.8Ω。为说明SMC控制策略的优越性,除了对SMC仿真外,在相同条件下还用电流滞环比较法进行了仿真。负载电流波形如所示,电流滞环控制策略波形如所示,SMC控制策略所得波形如所示。从图中可以看出,使用SMC控制方法时,不仅直流侧电容电压稳定快,而且并联型有源滤波器也取得了良好的补偿性能,交流侧电流已比较接近理想正弦波形了。
4.2实验验证
当有源电力滤波器补偿不同大小的三相不控整流负载的谐波与无功电流时,补偿电流与?偿后网侧电流波形如所示。
|
5结语
采用滑模变结构控制可以避免补偿电流给定值的复杂计算,使控制变得简单且易于实现。由于实现了对跟踪的闭环控制,故可获得良好的调节性能。仿真和实验结果表明,此方法不仅加快了系统的响应速度,而且实现简单明了,能有效地增强控制系统的稳定性,改善系统的动、静态性能。提出的基于滑模变结构控制的并联型有源电力滤波器在不增加硬件成本的条件下取得了较常规方法更优良的补偿性能,有一定的应用前景。
[1]. SMC datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/SMC_1064746.html.
免责声明: 凡注明来源本网的所有作品,均为本网合法拥有版权或有权使用的作品,欢迎转载,注明出处。非本网作品均来自互联网,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。