基于ladrc的三電平有源電力濾波器補償電流控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種基于LADRC的三電平有源電力濾波器補償電流控制系統(tǒng)，其特征在于它包括電壓過零檢測單元、電流檢測信號調(diào)理電路單元、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路單元、D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換電路單元、DSP單元、存儲單元、門極驅(qū)動脈沖單元、電壓基準(zhǔn)電路單元；其工作方法包括：采集電流；DA模數(shù)轉(zhuǎn)換；DSP處理補償電流的控制量；AD數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出其優(yōu)越性在于：簡單實用；高補償精度；實時性好，執(zhí)行速度快；兼容性強。
【專利說明】基于LADRC的H電平有源電力濾波器補償電流控制系統(tǒng) (-)【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明涉及有源電力濾波器電流控制，屬于逆變電流跟蹤控制領(lǐng)域，是一種基于 LADRCQinear active dis1:u;rbance rejection control, LADRC-線性自抗擾控制器） 的有源電力濾波器補償電流控制系統(tǒng)。 (二）【背景技術(shù)】：
[0002] 近年來，非線性負(fù)載的使用越來越普遍，諧波作為電能質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)之一越來越受 到人們的重視。諧波治理手段的研發(fā)和應(yīng)用越來越熱口，受制于補償容量和成本的考慮，工 業(yè)現(xiàn)場目前主要使用的是無源濾波器，但是無源濾波器有可能造成電網(wǎng)的串并聯(lián)諧振，給 電網(wǎng)安全造成影響，采用綜合檢測、總體補償?shù)姆绞?，有源濾波成為諧波的最有效的手段。 由于有源電力濾波器補償電流是一個快速變化的正弦量，要求有源電力濾波器能快速、準(zhǔn) 確的跟蹤諧波電流補償量，傳統(tǒng)的PI控制很取得較好的快速性與準(zhǔn)確性，究其原因是傳統(tǒng) PI很難解決超調(diào)和快速性的矛盾。
[0003] 考慮到工業(yè)現(xiàn)場負(fù)載存在H相不平衡情況，主要接線方式是H相四線制，發(fā)明針 對并聯(lián)有源電力濾波器的硬件結(jié)構(gòu)，在其電流跟蹤控制策略上采用線性自抗擾技術(shù)，并提 出基于綜合擾動估計的方法實現(xiàn)解禪控制，并設(shè)計了對應(yīng)的硬件系統(tǒng)。 (H)
【發(fā)明內(nèi)容】
：
[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于LADRC的H電平有源電力濾波器補償電流控制 系統(tǒng)，它可W客服上述【背景技術(shù)】中的不足，是一種可W實現(xiàn)電流信號同步、快速、準(zhǔn)確、實時 控制的系統(tǒng)，且運算速度快，精度高。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案；一種基于LADRC的H電平有源電力濾波器補償電流控制系 統(tǒng)，其特征在于它包括電壓過零檢測單元、電流檢測信號調(diào)理電路單元、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路 單元、D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換電路單元、DSP單元、存儲單元、n極驅(qū)動脈沖單元、電壓基準(zhǔn)電路單元； 其中，所述H電平有源電力濾波器的開關(guān)器件為IGBT H相橋式電路；所述電流檢測信號調(diào) 理電路單元輸入端采集電網(wǎng)中的H相負(fù)載電流和補償電流信號，其輸出端與A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換 電路單元的輸入端連接；所述A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路單元的輸出端與主控DSP單元連接；所述 主控DSP單元的輸入端還與電壓同步過零信號的產(chǎn)生電路單元的輸出端連接，其輸出端連 接D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換電路單元的輸入端；所述D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換電路單元的輸入端采集電壓基準(zhǔn)電 路單元的電壓信號，其輸出端與口極驅(qū)動脈沖單元的輸入端連接；所述存儲單元與主控單 元呈雙向連接；所述口極驅(qū)動脈沖單元的輸出12路口極驅(qū)動信號分別與H電平有源電力 濾波器中的IGBT的口極相連；所述電壓過零檢測單元通過化L鎖相環(huán)單元與DSP單元連 接。
[0006] 所述主控單元是28335 DSP芯片。
[0007] 所述存儲單元是SRAM靜態(tài)隨機存儲器單元，采用CY7C199芯片。
[0008] 所述A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換單元為MAX502芯片。
[0009] 所述D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換單元為MX256芯片。
[0010] 所述電壓過零檢測單元是由電阻RU電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、二極管 Z1、二極管Z2、二極管Z3、二極管Z4,運算放大器AU變壓器Nl組成；所述電壓信號通過變 壓器和變阻Rl.電阻Rl通過R2與運算放大器相連，所述均壓中點電壓作為輸出模擬電壓 信號與主控單元的CAP3 口相連。
[0011] 所述電流檢測信號調(diào)理電路單元是由電阻R6、電阻R7、電阻R8、電阻R9、電阻R10、 電阻R11、電阻R12、電阻R13、電阻R14、電阻R15、電阻R16、電阻R17、電容器C1、穩(wěn)壓管Z1、 穩(wěn)壓管Z2,運算放大器A2、運算放大器A3組成；所述運算放大器A2負(fù)向輸入端經(jīng)電阻R7 與其輸出端連接，且還通過電阻R6與電流傳感器連接，其正向輸入端通過電阻R8接地，且 運算放大器A2的負(fù)向輸入端還通過電阻R9與由電阻RlO和電阻Rl 1構(gòu)成的補償電壓電路 的中間點連接，所述運算放大器A2的輸出端通過電阻R12與運算放大器A3的正向輸入端 相連；所述運算放大器A3負(fù)向輸入端通過電阻R14與其輸出端相連，同時通過電阻R13接 地；所述運算放大器A3通過電阻R15與穩(wěn)壓管巧和穩(wěn)壓管Z6組成的均壓電路的中點相連 接；電容器Cl與電阻R17相互并聯(lián)，同時并聯(lián)于穩(wěn)壓管Z6兩端，且一端與電阻R16連接，另 一端接地；所述均壓中點電壓作為輸出模擬電壓信號經(jīng)電阻R16模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸入端連 接。
[0012] 一種基于LADRC方法的H電平有源電力濾波器電流控制系統(tǒng)的工作方法，其特征 在于它包括W下步驟：
[0013] ①分別采集電網(wǎng)中的補償電流和非線性負(fù)載電流作為檢測電流，經(jīng)電流傳感器， 將電流信號轉(zhuǎn)換為可W識別信號，通過與電源中工頻信號對比，過濾工頻非諧波電流，運用 常用的瞬時無功功率理論，對總的諧波電流進(jìn)行初步處理，同時將電流信號轉(zhuǎn)換產(chǎn)生成電 壓模擬信號；
[0014] ②將步驟①中的電壓模擬信號經(jīng)過所述DA模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，將其轉(zhuǎn)換成原始的數(shù) 字電壓信號；
[0015] ③在主控DSP單元中，利用DSP快速數(shù)據(jù)處理的優(yōu)勢，在DSP中編寫LADRC變換算 法作為DSP對輸入諧波電流的處理算法，運用自抗擾技術(shù)對補償電流進(jìn)行跟蹤控制，得到 補償電流的控制量；
[0016] ④主控DSP單元將步驟③中得到補償電流控制量信號傳送給AD數(shù)模轉(zhuǎn)換單元，將 補償電流的數(shù)字變量變成模擬量信號，AD數(shù)模轉(zhuǎn)換單元與口極驅(qū)動脈沖單元相連，而口極 驅(qū)動脈沖通過十二個觸發(fā)器控制H個橋臂的IGBT管的通斷實現(xiàn)電網(wǎng)補償電流的輸出。
[0017] 所述步驟③中的電流跟蹤控制方法由W下步驟構(gòu)成：
[001引 （1)在DSP定義單橋臂開關(guān)函數(shù)如下
[0019]
【權(quán)利要求】
1. 一種基于LADRC的三電平有源電力濾波器補償電流控制系統(tǒng)，其特征在于它包括電 壓過零檢測單元、電流檢測信號調(diào)理電路單元、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路單元、D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換電路 單元、DSP單元、存儲單元、門極驅(qū)動脈沖單元、電壓基準(zhǔn)電路單元；其中，所述三電平有源 電力濾波器的開關(guān)器件為IGBT三相橋式電路；所述電流檢測信號調(diào)理電路單元輸入端采 集電網(wǎng)中的三相負(fù)載電流和補償電流信號，其輸出端與A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路單元的輸入端連 接；所述A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路單元的輸出端與主控DSP單元連接；所述主控DSP單元的輸入端 還與電壓同步過零信號的產(chǎn)生電路單元的輸出端連接，其輸出端連接D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換電路單 元的輸入端；所述D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換電路單元的輸入端采集電壓基準(zhǔn)電路單元的電壓信號，其 輸出端與門極驅(qū)動脈沖單元的輸入端連接；所述存儲單元與主控單元呈雙向連接；所述門 極驅(qū)動脈沖單元的輸出12路門極驅(qū)動信號分別與三電平有源電力濾波器中的IGBT的門極 相連；所述電壓過零檢測單元通過PLL鎖相環(huán)單元與DSP單元連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于LADRC的三電平有源電力濾波器補償電流控制系統(tǒng)， 其特征在于所述主控單元是2833OTSP芯片。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于LADRC的三電平有源電力濾波器補償電流控制系統(tǒng)， 其特征在于所述存儲單元是SRAM靜態(tài)隨機存儲器單元，采用CY7C199芯片。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于LADRC的三電平有源電力濾波器補償電流控制系統(tǒng)， 其特征在于所述A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換單元為MAX502芯片。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于LADRC的三電平有源電力濾波器補償電流控制系統(tǒng)， 其特征在于所述D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換單元為MX256芯片。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于LADRC的三電平有源電力濾波器補償電流控制系統(tǒng)， 其特征在于所述電壓過零檢測單元是由電阻RU電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、二極管 Z1、二極管Z2、二極管Z3、二極管Z4,運算放大器A1、變壓器Nl組成；所述電壓信號通過變 壓器和變阻Rl.電阻Rl通過R2與運算放大器相連，所述均壓中點電壓作為輸出模擬電壓 信號與主控單元的CAP3 口相連。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于LADRC的三電平有源電力濾波器補償電流控制系統(tǒng)， 其特征在于所述電流檢測信號調(diào)理電路單元是由電阻R6、電阻R7、電阻R8、電阻R9、電阻 R10、電阻R11、電阻R12、電阻R13、電阻R14、電阻R15、電阻R16、電阻R17、電容器C1、穩(wěn)壓 管Zl、穩(wěn)壓管Z2,運算放大器A2、運算放大器A3組成；所述運算放大器A2負(fù)向輸入端經(jīng)電 阻R7與其輸出端連接，且還通過電阻R6與電流傳感器連接，其正向輸入端通過電阻R8接 地，且運算放大器A2的負(fù)向輸入端還通過電阻R9與由電阻RlO和電阻Rll構(gòu)成的補償電 壓電路的中間點連接，所述運算放大器A2的輸出端通過電阻R12與運算放大器A3的正向 輸入端相連；所述運算放大器A3負(fù)向輸入端通過電阻R14與其輸出端相連，同時通過電阻 R13接地；所述運算放大器A3通過電阻R15與穩(wěn)壓管Z5和穩(wěn)壓管Z6組成的均壓電路的中 點相連接；電容器Cl與電阻R17相互并聯(lián)，同時并聯(lián)于穩(wěn)壓管Z6兩端，且一端與電阻R16 連接，另一端接地；所述均壓中點電壓作為輸出模擬電壓信號經(jīng)電阻R16模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的 輸入端連接。
8. -種基于LADRC方法的三電平有源電力濾波器電流控制系統(tǒng)的工作方法，其特征在 于它包括以下步驟： ①分別采集電網(wǎng)中的補償電流和非線性負(fù)載電流作為檢測電流，經(jīng)電流傳感器，將電 流信號轉(zhuǎn)換為可以識別信號，通過與電源中工頻信號對比，過濾工頻非諧波電流，運用常用 的瞬時無功功率理論，對總的諧波電流進(jìn)行初步處理，同時將電流信號轉(zhuǎn)換產(chǎn)生成電壓模 擬信號； ② 將步驟①中的電壓模擬信號經(jīng)過所述DA模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，將其轉(zhuǎn)換成原始的數(shù)字電 壓信號； ③ 在主控DSP單元中，利用DSP快速數(shù)據(jù)處理的優(yōu)勢，在DSP中編寫LADRC變換算法作 為DSP對輸入諧波電流的處理算法，運用自抗擾技術(shù)對補償電流進(jìn)行跟蹤控制，得到補償 電流的控制量； ④ 主控DSP單元將步驟③中得到補償電流控制量信號傳送給AD數(shù)模轉(zhuǎn)換單元，將補償 電流的數(shù)字變量變成模擬量信號，AD數(shù)模轉(zhuǎn)換單元與門極驅(qū)動脈沖單元相連，而門極驅(qū)動 脈沖通過十二個觸發(fā)器控制三個橋臂的IGBT管的通斷實現(xiàn)電網(wǎng)補償電流的輸出。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述一種基于LADRC方法的三電平有源電力濾波器電流控制系統(tǒng)的 工作方法，其特征在于所述步驟③中的電流跟蹤控制方法由以下步驟構(gòu)成： (1) 在DSP定義單橋臂開關(guān)函數(shù)如下
根據(jù)檢測的電流信號得到下面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型表達(dá)公式，usa，usb，Us。為電網(wǎng)電壓， ud。為直流側(cè)電壓，iM，iA，i。。為逆變器的三相補償電流，i m為中線電流。U i。,，U為補償 電流變換后的電流量。L為輸出等效電感，R為輸出端等效電阻，Rn為零線等效電阻。
通過DSP輸入算法將上式進(jìn)行a-b-c坐標(biāo)系到d-q-0旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換，最后得到運 用LADRC算法的處理公式如下：
上式中w為電網(wǎng)頻率角速度，uri，UnjUrfl，為電網(wǎng)電壓變換量， (2) 在 DSP 中定義《d' = ?LiC(1+Usd，= - ?Licd+US(1，則算式變換為：
該變換實際是運用LADRC的綜合補償理論實現(xiàn)了電流的解耦控制； (3) 設(shè)計基于LADRC的DSP控制算法 首先需要設(shè)計二階LESO如下：
其中觀測器變量Z1跟蹤i。,信號，Z2跟蹤所有不確定信號； (4) 設(shè)計LSEF，LADRC控制器，而一階LADRC只觀測系統(tǒng)輸入信號的跟蹤信號，所為只 使用P環(huán)節(jié)，即： UrqO kp(iref Zi) 根據(jù)方程：，取控制量的擾動補償量：
同理將該方法運用于d-q-0軸重點的q軸、0軸控制，最后將得到的控制量Unp uri、Urt進(jìn)行d-q-0反變換到abc坐標(biāo)的變量。
【文檔編號】H02J3/01GK104362632SQ201410636646
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月12日
【發(fā)明者】馬幼捷, 閔攀, 周雪松, 王德祥, 劉偉 申請人:天津理工大學(xué)