一種有源電力濾波器自適應控制方法技術

一種有源電力濾波器自適應方法，采用基于徑向基函數(RBF)神經網絡的自適應PI控制策略，實現對APF直流側電壓的自適應控制。基于RBF網絡的自適應PI控制器包含PI自校正控制器和RBF網絡2個組成部分，其中RBF網絡的2個輸入信號分別是PI自校正控制器的輸出信號和PWM變流器的直流側電壓采樣值。基于RBF網絡的自適應控制系統采用增量式PI控制算法，自適應控制器采取梯度下降法調整PI控制參數。RBF網絡對PWM變流器的直流側電壓進行跟蹤檢測，并把檢測到的結果與其參考值進行比較，然后把誤差送回到自適應控制器，RBF神經網絡根據誤差在線辨識得到梯度信息，PI參數根據梯度信息進行在線調整，確保APF在供電系統輸出功率不同時均能自動找到合適的PI控制參數，實現APF直流側電壓的自適應控制。該控制方法避免了傳統PI控制器需要根據APF的精確數學模型來進行PI參數整定的困難，并且具有很好的跟蹤調節性能和很強的抗干擾能力。

An adaptive control method for active power filter

An adaptive method for active power filter is proposed. An adaptive PI control strategy based on radial basis function (RBF) neural network is adopted to realize the adaptive control of APF DC side voltage. Adaptive PI controller of RBF network including PI self-tuning controller and RBF network based on 2 components, including 2 input signals of RBF network are the DC side voltage of PI self tuning controller output signal and PWM converter sampling value. The adaptive control system based on RBF network adopts the incremental PI control algorithm, and the adaptive controller takes the gradient descent method to adjust the PI control parameters. The DC side voltage of PWM converter RBF network for tracking and detection, and the detected results were compared with the reference value, then the error is sent back to the controller, the RBF neural network based on error identification by gradient information, the PI parameters are adjusted online according to the gradient information, ensure that the APF in the power supply system also can not output power PI automatically find the appropriate control parameters, realize the adaptive APF DC voltage control. The control method avoids the difficulty that the traditional PI controller needs to adjust the PI parameters according to the precise mathematical model of APF, and has good tracking adjustment performance and strong anti-interference ability.

【技術實現步驟摘要】
一種有源電力濾波器自適應控制方法
本專利技術屬于有源電力濾波器控制
，涉及一種有源電力濾波器直流側電壓自適應控制方法。
技術介紹
隨著電力電子裝置和非線性負載的廣泛使用，公用電網的諧波污染日益嚴重。有源電力濾波器(APF)能對頻率和幅值都變化的諧波進行跟蹤補償，是目前諧波治理的一項關鍵技術。但APF本身存在開關損耗和電阻損耗，并且在工作狀態變化時需要從系統中吸收一定的有功功率，引起直流側電壓的波動或降低，直接影響APF的正常工作。在現有的APF直流電壓控制策略中，PI控制應用最廣泛、最成熟，傳統的PI控制方法結構簡單、精確度高，但PI參數較難整定，并且對APF的參數變化或非線性適應能力較差；模糊PI控制策略方法簡單、穩態效果比常規的PI控制好，但動態過程的控制效果不理想；基于自適應濾波的控制方法較復雜，動態性能也不是很好；基于能量守恒的PI控制減少了非線性因素的影響，擴大了控制器的適應范圍，系統的超調量減小和靜差性能變好，但仍然存在PI參數難整定的缺點。因此，有必要采用新的控制方法解決上述APF直流側電壓控制存在的不足。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提出一種自適應PI控制策略，保證APF直流側電壓在供電系統輸出功率變化時仍維持恒定，使APF能夠保持良好的補償品質。為解決上述問題，本專利技術的技術方案如下：采用基于徑向基函數(RBF)神經網絡的自適應PI控制策略，實現對APF直流側電壓的自適應控制。基于RBF網絡的自適應PI控制器包含PI自校正控制器和RBF網絡2個組成部分，其中RBF網絡的2個輸入信號分別是PI自校正控制器的輸出信號和PWM變流器的直流側電壓采樣值。基于RBF網絡的自適應控制系統采用增量式PI控制算法，自適應控制器采取梯度下降法調整PI控制參數。RBF網絡對PWM變流器的直流側電壓進行跟蹤檢測，并把檢測到的結果與其參考值進行比較，然后把誤差送回到自適應控制器，RBF神經網絡根據誤差在線辨識得到梯度信息，PI參數根據梯度信息進行在線調整，確保APF在供電系統輸出功率不同時均能找到合適的PI控制參數。基于RBF網絡的有源電力濾波器自適應控制系統主要由交流側電流控制和直流側電壓控制兩部分組成。交流側電流控制主要實現抑制諧波和補償無功的功能，通過電流檢測電路和補償電流控制電路實現。電流檢測電路采用基于瞬時無功功率理論的ip-iq檢測算法，利用三相/兩相轉換矩陣C32和兩相/兩相變換矩陣C將三相電流變換為三相瞬時有功電流和無功電流，經過低通濾波器濾波后分別得到其直流分量，然后依次進行兩相/兩相、兩相/三相變換得到三相被檢測電流的基波分量，從三相電流中減去其基波分量得到其諧波分量。如果要同時對諧波電流和無功電流進行補償，則只需將有功電流直流分量進行兩相/兩相、兩相/三相變換。電流檢測電路的輸出即為APF的補償電流參考值，根據電壓空間矢量(SVPWM)調制原理，首先通過電流電壓轉換電路將補償電流參考值變換為三相電壓參考值，然后根據SVPWM調制算法得到PWM變流器中開關器件的驅動信號，使PWM變流器輸出三相補償電流，抵消掉三相負載電流中的諧波和無功電流分量，從而達到抑制諧波和補償無功的目的。直流側電壓控制的目的是維持APF直流側電容電壓恒定，防止APF工作過程中直流側電壓的降低或波動影響APF的補償效果，采用基于RBF網絡的自適應PI控制策略。APF吸收的有功功率除了補充其開關損耗和支路電阻損耗外，主要使PWM變流器直流側電容電壓發生變化，因此電容電壓的變化直接反映了APF吸收有功功率的變化。當電網電壓不變時，APF吸收有功功率的變化則體現為有功電流的變化，因此通過調節有功電流的大小即可實現APF直流側電壓的控制。直流側電容電壓參考值與采樣值的差經基于RBF網絡的自適應PI自校正控制器調節后得到調節信號，將其與三相負載瞬時有功電流的直流分量相疊加，經坐標變換得到的補償電流參考值中將包含一定的基波有功電流。通過改變PI控制器的調節信號即可控制交流側電源對直流側電容的充放電，實現直流側電壓的自適應PI控制。附圖說明圖1為本專利技術的有源電力濾波器自適應控制系統圖；圖2為本專利技術的有源電力濾器系統仿真波形圖；圖3為本專利技術的負載電流諧波分析結果示意圖。具體實施方式下面將參考附圖所示實施方式更詳細地描述本專利技術。實施例1如圖1所示，基于RBF網絡的有源電力濾波器自適應控制系統圖，主要由交流側電流控制和直流側電壓控制兩部分組成。iLaiLbiLc為三相負載電流檢測值，利用三相/兩相轉換矩陣C32和兩相/兩相變換矩陣C將iLaiLbiLc變換為三相瞬時有功電流ip和無功電流iq，經過低通濾波器LPF濾波后分別得到其直流分量和對和依次進行兩相/兩相、兩相/三相變換得到三相被檢測電流的基波分量iafibficf。從三相電流iLaiLbiLc中減去其基波分量iafibficf得到其諧波分量iahibhich。如果要同時對諧波電流和無功電流進行補償，只需將無功電流直流分量處的開關斷開即可。電流檢測電路的輸出即為APF的補償電流參考值ica*icb*icc*。通過電流電壓轉換電路將電流檢測電路輸出的補償電流參考值ica*icb*icc*變換為三相電壓參考值，然后根據SVPWM調制算法得到PWM變流器中開關器件的驅動信號SaSbSc，使PWM變流器輸出三相補償電流icaicbicc，抵消掉三相負載電流iLaiLbiLc中的諧波和無功電流分量，從而達到抑制諧波和補償無功的目的。直流側電壓控制采用基于RBF網絡的自適應PI控制策略，直流側電容電壓參考值與采樣值Udc的差ec經PI自校正控制器調節后得到調節信號idc，將idc與三相負載瞬時有功電流的直流分量相疊加，經坐標變換得到的補償電流參考值ica*icb*icc*中將包含一定的基波有功電流。通過改變PI控制器的調節信號idc即可控制交流側電源對直流側電容的充放電，實現直流側電壓的自適應PI控制。自適應PI控制器采用增量式PI控制算法得到調節信號，如式1。式中：xc1(k)＝ec(k)-ec(k-1)，xc2(k)＝ec(k)，Kp和Ki分別為PI控制器的比例系數和積分系數。自適應控制器采取梯度下降法調整PI控制參數，見式2，3。設n為隱含層節點數，Jacobian陣算法見式4，5。在式4和式5中：x是RBF網絡的輸入且x＝[x1(k),x2(k)]T＝[Udc(k-1),idc(k-1)]T，wj(k-1)、bj(k-1)和cj(k-1)分別是RBF神經網絡的輸出權值、高斯函數的節點中心參數和高斯函數的寬度參數，更新過程可以參照式6進行。式中：ηc和ac分別是PI控制器的學習速率和動量因子，η和a分別為RBF網絡的學習速率和動量因子。如圖2和圖3所示，在Matlab/Simulink環境下建立有源電力濾波器自適應控制系統的仿真模型，電網電壓設置為380V/50Hz，開關頻率為10kHz，諧波源采用三相不可控整流橋帶阻感負載電路，兩路負載參數均設置為電阻5Ω、電感2mH，RBF網絡的隱含層節點數取為10，網絡訓練學習速率η＝0.8、動量因子a＝0.02，自適應PI控制器的學習速率ηc＝1、動量因子ac＝0.04，仿真波形顯示APF直流側電容電壓在系統啟動后快速本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種有源電力濾波器自適應控制方法，其特征在于，控制系統主要由交流側電流控制和直流側電壓控制兩部分組成；交流側電流控制主要實現抑制諧波和補償無功的功能，通過電流檢測電路和補償電流控制電路實現；電流檢測電路采用基于瞬時無功功率理論的ip?iq檢測算法，利用三相/兩相轉換矩陣C32和兩相/兩相變換矩陣C將三相電流變換為三相瞬時有功電流和無功電流，經過低通濾波器濾波后分別得到其直流分量，然后依次進行兩相/兩相、兩相/三相變換得到三相被檢測電流的基波分量，從三相電流中減去其基波分量得到其諧波分量如果要同時對諧波電流和無功電流進行補償，則只需將有功電流直流分量進行兩相/兩相、兩相/三相變換。

【技術特征摘要】
1.一種有源電力濾波器自適應控制方法，其特征在于，控制系統主要由交流側電流控制和直流側電壓控制兩部分組成；交流側電流控制主要實現抑制諧波和補償無功的功能，通過電流檢測電路和補償電流控制電路實現；電流檢測電路采用基于瞬時無功功率理論的ip-iq檢測算法，利用三相/兩相轉換矩陣C32和兩相/兩相變換矩陣C將三相電流變換為三相瞬時有功電流和無功電流，經過低通濾波器濾波后分別得到其直流分量，然后依次進行兩相/兩相、兩相/三相變換得到三相被檢測電流的基波分量，從三相電流中減去其基波分量得到其諧波分量如果要同時對諧波電流和無功電流進行補償，則只需將有功電流直流分量進行兩相/兩相、兩相/三相變換。2.根據權利要求1所述的有源電力濾波器自適應控制方法，其特征在于，電流檢測電路的輸出即為APF的補償電流參考值，根據電壓空間矢量(SVPWM)調制原理，首先通過電流電壓轉換電路將補償電流參考值變換為三相電壓參考值，然后根據SVPWM調制算法得到PWM變流器中開關器件的驅動信號，使PWM變流器輸出三相補償電流，抵消掉三相負載電流中的諧波和無功電流分量，從而達到抑制諧波和補償無功的目的。3....

【專利技術屬性】
技術研發人員：王紅艷，方如舉，方波，
申請(專利權)人：許昌學院，
類型：發明
國別省市：河南,41