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基于分数阶PIλ控制器的有源电力滤波器直流侧电压控制

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资料介绍

直流侧电压的稳定控制是保证有源电力滤波器(APF)性能的关键.文中基于APF直接功率控制系统,给出直流侧电压功率控制模型,提出采用分数阶比例-积分(FO-PIλ)控制器进行直流侧电压稳定控制,采用频域方法设计FO-PIλ控制器,并用来调节直流侧电压的大小和波动,以减少对APF的功率损耗和补偿性能的影响.仿真分析表明:基于FO-PIλ控制器的APF直流侧电压控制具有良好的动态性能和更强的鲁棒性；在负载扰动和电压闪变的情况下直流侧电压仍然稳定,能够快速精确地稳定在给定值；新的控制方案优于传统使用比例积分(PI)控制的方案.

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第37卷第16期

2013年8月25日

V01．37

No．16

力系自化

Automation of Electric Power

Systems

Aug．25，2013

DOI：10．7500／AEPS201207286

基于分数 PI允控制器的有源力波器直流

控制

小 h

2，王孝洪1’3，田房1，万里4

(1．南理工大学自化科学与工程学院，广省广州市510641；2．北京理工大学珠海学院，广省珠海市519088；

3．广色能源技重点室，广省广州市510641；4．珠海艾派克微子有限公司，广省珠海市519075)

省

摘要：直流

的

定控制是保有源

功率控制模型，提出采用分数比例一分(FO— P11)控制器行直流

FO— P11控制器，并用来直流的大小和波，以减

性能的影响。仿真分析表明：基于FO— P13控制器的APF直流

性能和更棒性；在的情况下直流仍然

定，能快速精确地定在；新的控制方案

波器(APF)；直接功率控制；直流

力波器(APF)性能的关。文中基于APF直接功

率控制系

，

出直流

定控制，采用域方法

APF的功率耗和

控制具有良好的

少

的

和

定

于

使用比例一分(PI)控制的方案。

控制；分数控制器

关

：有源

力

大，而且PID的参数在

控制中于整定，抗干

引言

并

性能差。

型有源

力

波器(APF)适合于

出的波并同

抑制

分数 PI“沙控制器由Podlubny教授提出[5]，

和消除非

性

无功功

适用于非性系

敏感，具有更

，

象系的参数化不是很

率，在

网

能

量控制中得到了有效用。APF

容起到能的作用，在APF没有

臂二极管反向偏置，

根据控制要求出所需要

的流，保 APF能正常工作。APF在

的

棒性。分数控制器在控制的

直流

并

出

各个域得到了研究和用。文献[6— 7]分

了分数控制器和仿真的研究。文献[8]将分

控制器用于量控制器(UPQC)直流

行

流

容

保各

在APF

行

数

一

能

的控制，并分析了参数

本文将APF系中的

化

控制效果的影响。

出

流

，会从系吸收一定的有功功率并

容

作被控象，看成

生自身开关能量耗，会引起APF直流

的

是一个非性系，引入分数比例一分(FO—

P11)控制器直流控制，以保参数

仍然定，提高APF的性能。APF控制系

波

容

，另外

的波

有功流的化也会引起直流

来新的染，影响APF的正

效果不理想，甚至危及其安全[1≈ ]。因

化

直

，

波

流

常工作或

此，APF的控制路除了控制其出的

踪指令化外，要将直流

，保持APF直流

情况下的定，具有良好的

APF直流控制常采用整数比例一

分一微分(PID)控制器[31或比例一分(PI)控制

采用直接功率控制(DPC)方法行分析和

根据FO— P13控制器的数学描述，从域分析

，

行

流跟

流

控制在适当

参数整定并行控制性能分析。仿真

果

出了基

响

在

化和

波等

于FO— P11控制器的直流

控制的

流跟随性能。

特性，明了FO～P13控制器的

棒

定性，在保

容

APF的

性能的基上降低了功率耗。

器[4]，根据直流母

差来控制APF从网吸收或放的有功

从而保的能量平衡，定直流母

的

与参考

之

流

的

，

基于FO-P11控制器的APF控制系

本文采用

源

流的控制方式[93

并

型

。但是

APF 行控制，并具体使用DPC方法E3,i03

APF的控制，其控制直流

率内。基于分数控制器的APF

采用上述常 PID控制，受精确数学模型影响

构

外

和功

构

DPC系

收稿日期：2012— 07— 30；修回日期：2013— 03— 17。

如 1所示，其中L APF网并的感，C

APF直流容。

广

省重大科技

(2009A080305004)；广州市番禺区科

并

的

技攻关目(2010一Z一12— 04，2011一Z一02— 415)；广省高等学校

学科与

建

金

助

目(粤教2010— 275)。

～108～

万方数据

’研制与开

小

，等基于分数 P11控制器的有源

力

波器直流

控制

器的函数；i如控制器

P_{ref=“抽if。．1／(丁。s+1)}

出

流；功率参考

低通波器。

APF直流

的DPC系控制

构

Control structure of DPC

for

system

Fig．2

DC _voltageof APF

APF控制开关率足

高，功率内的影响

可以忽略不

，

被控

象

函数

：

Gs“)：U

基于分数控制器的APF DPC系

structure of APF with

构

dcr蠢矗赤一两南∞)

DPC

Fig．1

system

fractional-order controller

2分数 PID控制器

分数 P11 控制器的

Gf。(5)一K

原理

函数

：

主

路由交流源、

波

抗器、非

性

成，APF并接在主路网，由三相

式

流器

s”

(7)

p+— }+K

和直流

Q。分

解容器成。P。和Q。，P。和Q。，P。和

式中：

分

数A和微分数／x可任意

数

。

网

、

了

和APF 出的瞬功率的

无功功率和消除波，必

可以根据控制系性能指，

分数

部与虚部，

P11 控制器的化参数K。，K。，K。，A，／1，以

足

足：P。一Pl，Q。一0，P。一Pl～P。一P1一PI— Pl，

Q。一Ql— Q。一Qt。

系

要求。

含有PI

的FO— P11控制器的

Gfo(s)=K。f1+等)

函数：

APF直流

用基霍夫定律得：

d托J．

c _1÷一i

(8)

、

(1)

5“／

d。

直流

在FO— P13控制器整下的

的影响，直接

式中：“。。和i。。分

APF直流两端

和流

系

框

。本文根据参数系

的

流。

FO— P11控制器。

当不考

路开关

失

，根据式(1)可得

到直流的瞬有功功率P的方程

：

_ H!h_一垡圣

乜H到

基于FO-P11控制器的直流

!!IP

dH|．

P— Cu_d。弋≠

(2)

直流

等于直流

瞬

量

“。。加上

化

△“。。

控制

参考，即“dcr一“。。+Au¨在DPC

control of DC _voltage

Fig．3

Closed-loop

with FO-P11 controller

系

运行，直流

“。。一“把。由

式(2)可得：

本

采用阳泉教授提出的Flatphase与

典

了

裕

d1||。

P— Cu

dcr

和整理后，得到直流

(3)

的相位裕度与幅裕度相合的方法[11|，

APF的FO— P11控制器，如式(8)所示。根据幅

拉氏

入出

量A。，和相位裕量9。指，开

足如下关系：

系幅相参数之

关系式

：

(⋯4)

arg(Gk(j叫))=arg(Gf。(j叫)G。(j∞))一一丁c+

。

(s)

C“dcrs

岩一瓦1P

率内可等效一个小性

(9)

APF的开关率一般比高，在此条件下的功

，其

函数

伴坐堕

堕 1

一o

(10)

／。一。。

G。(S)

：

{JG-(j甜。)J)ds一{JG。(j砌。)Gf。(j叫。)1)。。一0

‘5)

(11)

Gp(s)一南

由以上分析得到APF的DPC系

式中：甜。截止率；G“(j∞)

开

函数。

式中：丁。功率内等效

常数。

下面依次得到被控象和控制器的幅相位信

构，如

息，

而

开

系

的幅和相位指

行判断，得

2所示，中：G，。(s) 直流

的分数控制

一109—

万方数据

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