專利名稱：一種三電平四橋臂有源濾波器的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三電平四橋臂并聯(lián)有源濾波器的實(shí)現(xiàn)方法，適用于實(shí)驗(yàn)和工業(yè)應(yīng)用。并聯(lián)型有源濾波器向電網(wǎng)注入補(bǔ)償電流，抵消諧波源產(chǎn)生的諧波，使電源電流成為正弦波，其本身表現(xiàn)出電流源的特性。隨著公共電網(wǎng)諧波、中線電流危害的日益嚴(yán)重，多電平并聯(lián)有源濾波器和四橋臂并聯(lián)有源濾波器，成為目前研究的熱點(diǎn)。多電平結(jié)構(gòu)可以降低主功率器件電壓應(yīng)力，增加并聯(lián)有源濾波器的補(bǔ)償容量；四橋臂結(jié)構(gòu)抑制中線電流效果較好。但是三電平四橋臂拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的控制電壓矢量多達(dá)上百個(gè)，計(jì)算復(fù)雜，正弦波調(diào)制、SVPWM調(diào)制、單周控制等常規(guī)的調(diào)制方法和控制策略均不適用該系統(tǒng)。因此，研究一套適用于該結(jié)構(gòu)的控制策略、開發(fā)一套可以工業(yè)應(yīng)用的三電平四橋臂并聯(lián)有源濾波器裝置以及其控制方法是很有必要的。為了克服上述缺陷，本發(fā)明提供了一種三電平四橋臂有源濾波器裝置及其實(shí)現(xiàn)方法的完整設(shè)計(jì)，對(duì)目前該類裝置的幾個(gè)核心問題給出了解決方案。本發(fā)明為了解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種三電平四橋臂有源濾波器
控制方法，該三電平四橋臂有源濾波器采用四層母排結(jié)構(gòu)，其控制方法采用H00魯棒控制策 gU
略，選擇 - ^L為狀態(tài)變量(.為輸出電流， ▲ ,, Λ為給定電流，fi為
有源濾波.......... tt f 7待定參數(shù))，并建立有源濾波器系統(tǒng)的狀態(tài)方程，通過選擇
權(quán)函數(shù)，以及求解Riccati不等式，得出控制器；然后根據(jù)控制器得出的參考電壓指令，再應(yīng)用參考電壓分解的方法，將復(fù)雜的三電平四橋臂開關(guān)矢量的選擇問題簡(jiǎn)化為兩電平四橋臂的空間矢量控制和三電平四橋臂的一個(gè)開關(guān)狀態(tài)選擇2個(gè)部分進(jìn)行解決。一種三電平四橋臂有源濾波器裝置，包括三相電源、電壓傳感器、負(fù)載電流傳感器、APF側(cè)電流傳感器、直流側(cè)電壓傳感器、IGBT觸發(fā)信號(hào)、限流電阻、交流接觸器、非線性負(fù)載、三電平四橋臂逆變器和魯棒控制器；所述電壓傳感器并聯(lián)于三相電源的輸出端上，負(fù)載電流傳感器串聯(lián)于三相電網(wǎng)上，負(fù)載電流傳感器的輸出端與非線性負(fù)載連接；交流接觸器與APF側(cè)電流傳感器連接，并且串聯(lián)在電網(wǎng)與三電平四橋臂逆變器之間的傳輸線上，限流電阻和交流接觸器組成的串聯(lián)電路并聯(lián)在交流接觸器的兩端，直流側(cè)電壓傳感器與三電平四橋臂逆變器連接；電壓傳感器、負(fù)載電流傳感器、APF側(cè)電流傳感器和直流側(cè)電壓傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)過魯棒控制器產(chǎn)生IGBT觸發(fā)信號(hào)?！N三電平四橋臂有源濾波器直流側(cè)母排基于一體化設(shè)計(jì)，采用四層母線結(jié)構(gòu)， 最頂層為負(fù)極母排，第二層為正極母排，第三層為零極目排，第四層為負(fù)極母排，最終構(gòu)成
背景技術(shù)：
發(fā)明內(nèi)容負(fù)、正、零、負(fù)四層母排結(jié)構(gòu)；在整個(gè)母排下方，等長(zhǎng)度平均設(shè)置若干個(gè)電解電容器；所有電容器按三電平方式連接，其正、負(fù)、零極與母排對(duì)應(yīng)，通過過孔端子以過孔方式連接。本發(fā)明的有益效果是基于魯棒控制策略的三電平四橋臂有源濾波器的控制方法，增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在工作狀況變動(dòng)、外部干擾以及建模誤差等不可避免的情況下， 仍能保持系統(tǒng)正常運(yùn)行；采用新型母排結(jié)構(gòu)，減少了母線電感量，消弱了主功率器件的過電壓效應(yīng)，提升了設(shè)備穩(wěn)定性和使用壽命。


圖1為三電平四橋臂并聯(lián)有源濾波器的主回路圖； 圖2為控制策略示意圖3為一個(gè)橋臂的觸發(fā)脈沖示意圖； 圖4為新型無感母線結(jié)構(gòu)俯視圖； 圖5為新型無感母線結(jié)構(gòu)立體示意圖。圖中1、三相電源，2、電壓傳感器，3、負(fù)載電流傳感器，4、APF側(cè)電流傳感器，5、直流側(cè)電壓傳感器，6、IGBT觸發(fā)信號(hào)，7、限流電阻，8、交流接觸器，9、交流接觸器，10、非線性負(fù)載，11、三電平四橋臂逆變器，12、魯棒控制器，13、進(jìn)線電感，14、三電平四橋臂空間電壓矢量分解算法，15、上橋臂雙管IGBT模塊，16、構(gòu)成箝位二極管的IGBT模塊，17、下橋臂雙管 IGBT模塊，18、母排，19、電容器，20、負(fù)極母排，21、零極母排，22、正極母排，23、負(fù)極母排，
對(duì)、過孔連接端子、諧波電流指令,、電網(wǎng)相電壓，-、各相電壓指令給定，f、各相
實(shí)際輸出電流，奴、、各相電壓指令給定。
具體實(shí)施例方式為了加深對(duì)本發(fā)明的理解，下面將結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)發(fā)明作進(jìn)一步詳述，該實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。如圖1至5示出了本發(fā)明一種三電平四橋臂有源濾波器控制方法的
具體實(shí)施例方式本三電平四橋臂并聯(lián)有源濾波器的實(shí)現(xiàn)方法由三電平四橋臂逆變器及其測(cè)量控制系統(tǒng)組成
該裝置為包括三相電源1、電壓傳感器2、負(fù)載電流傳感器3、APF側(cè)電流傳感器4、直流側(cè)電壓傳感器5、IGBT觸發(fā)信號(hào)6、限流電阻7、交流接觸器8和9、非線性負(fù)載10、三電平四橋臂逆變器11和魯棒控制器12，電壓傳感器2并聯(lián)于三相電源1的輸出端上，負(fù)載電流傳感器3串聯(lián)于三相電網(wǎng)上，負(fù)載電流傳感器3的輸出端與非線性負(fù)載10連接；交流接觸器8與APF側(cè)電流傳感器4連接，并且串聯(lián)在電網(wǎng)與三電平四橋臂逆變器11之間的傳輸線上，限流電阻7和交流接觸器9組成的串聯(lián)電路并聯(lián)在交流接觸器8的兩端，直流側(cè)電壓傳感器5與三電平四橋臂逆變器11連接；電壓傳感器2、負(fù)載電流傳感器3、APF側(cè)電流傳感器4和直流側(cè)電壓傳感器5的輸出信號(hào)經(jīng)過魯棒控制器12產(chǎn)生IGBT觸發(fā)信號(hào)6 ；
該方法為基于一體化設(shè)計(jì)，采用四層母線結(jié)構(gòu)，最頂層為負(fù)極母排，第二層為正極母排，第三層為零極目排，第四層為負(fù)極母排，最終構(gòu)成負(fù)、正、零、負(fù)四層母排結(jié)構(gòu)，如圖5中序號(hào)20、21、22和23所示；在整個(gè)母排18下方，等長(zhǎng)度平均設(shè)置若干個(gè)電解電容器19 ；所有電容器19按三電平方式連接，其正、負(fù)、零極與母排對(duì)應(yīng)，通過過孔端子M以過孔方式連接；電網(wǎng)帶非線性負(fù)載運(yùn)行時(shí)，主電路中產(chǎn)生大量諧波電流，啟動(dòng)有源濾波器后，交流接觸器9閉合，通過限流電阻7以三電平四橋臂逆變器11對(duì)直流側(cè)電容充電，若四個(gè)橋臂對(duì)電容充電，則容易引起震蕩；充電完畢后，交流接觸器8閉合，三電平四橋臂有源濾波器開始補(bǔ)償諧波；負(fù)載電流傳感器3和APF側(cè)電流傳感器4的輸出信號(hào)輸入魯棒控制器12，以計(jì)算諧波電流指令與輸出誤差，電壓傳感器2采集電網(wǎng)電壓信號(hào)以確定電網(wǎng)矢量角度，直流側(cè)電壓傳感器5采集直流側(cè)電壓信號(hào)以計(jì)算補(bǔ)償環(huán)節(jié)指令；魯棒控制器12中的DSP計(jì)算出 8個(gè)獨(dú)立PWM，再由FPGA擴(kuò)展出16個(gè)觸發(fā)脈沖，為三電平四橋臂逆變器11中的IGBT提供觸發(fā)信號(hào)。 一種三電平四橋臂并聯(lián)有源濾波器H00魯棒控制的實(shí)現(xiàn)方法，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段考慮被控對(duì)象的各種不確定因素，根據(jù)該系統(tǒng)的特點(diǎn)，選取合適的狀態(tài)變量
權(quán)利要求
1. 一種三電平四橋臂有源濾波器的控制方法，其特征在于該三電平四橋臂有源濾波器采用四層母排結(jié)構(gòu)，其控制方法采用H00魯棒控制策略，選擇
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三電平四橋臂有源濾波器的控制方法，該裝置采用四層母排結(jié)構(gòu)，其控制方法采用H∞魯棒控制策略，選擇，，，為狀態(tài)變量，并建立有源濾波器系統(tǒng)的狀態(tài)方程，通過選擇權(quán)函數(shù)，以及求解Riccati不等式，得出控制器；然后根據(jù)控制器得出的參考電壓指令，再應(yīng)用參考電壓分解的方法，將復(fù)雜的三電平四橋臂開關(guān)矢量的選擇問題簡(jiǎn)化為兩電平四橋臂的空間矢量控制和三電平四橋臂的一個(gè)開關(guān)狀態(tài)選擇2個(gè)部分進(jìn)行解決。采用H∞魯棒控制策略，增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在工作狀況變動(dòng)、外部干擾以及建模誤差等不可避免的情況下，仍能保持系統(tǒng)正常運(yùn)行。
文檔編號(hào)H02J3/01GK102403722SQ20111038990
公開日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2011年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月30日
發(fā)明者張曉 , 張輝, 王峰, 譚國(guó)俊, 魚瑞文 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué), 徐州中礦大傳動(dòng)與自動(dòng)化有限公司