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有源电力滤波器自抗扰控制器的设计

李雷明  
【摘要】:电动钻机电网中谐波与无功问题较为严重,有源电力滤波器(Active Power Filter,APF)拥有动态治理谐波与补偿无功的性能,并结合其适用于小容量、低电压场合的特点,能为电动钻机电网中谐波与无功问题提供有效的解决方案。针对电动钻机电网中APF采用传统控制策略时其滤波、电流跟踪和直流侧稳压的性能较差的问题,本文以三相四线制APF作为研究对象,在APF电流跟踪和直流侧稳压均采用线性自抗扰控制(Linear Active Disturbance Rejection Control,LADRC),并设计了电流环和电压环的一阶LADRC控制器,并对此控制策略下APF的性能进行仿真研究,验证了在电动钻机电网工况下所设计控制器具有良好的补偿性能。根据电动钻机电网APF结构建立三相四线制APF在三相静止坐标系下的数学模型,经过坐标变换得到同步旋转坐标系下的数学模型。根据电动钻机电网三相四线制的供电方式,选择基于瞬时无功功率理论的dq0检测法。建立APF的双闭环控制系统,基于同步旋转坐标系下APF数学模型设计APF电流内环的一阶LADRC并给出参数整定方法,然后对闭环LADRC控制器进行稳定性分析。建立APF功率交换模型来说明直流侧与交流侧能量交换的规律,并设计APF电压外环的一阶LADRC并进行参数整定。使用Matlab/Simulink建立电动钻机电网三相四线制APF分别采用PI与LADRC控制的仿真模型,验证了基于瞬时无功功率理论的dq0检测法可实时准确地检测负载电流谐波分量。然后分别在电流跟踪环节采用PI控制和LADRC控制并进行仿真对比分析,验证了LADRC在滤波性能、电流跟踪实时性和抗扰性能方面都优于PI控制;并分别在直流侧稳压环节采用PI控制与LADRC并进行对比分析,验证了LADRC无论是动态响应速度还是抗扰性能都优于PI控制。最终结果表明,相比于采用传统控制策略的APF,本文所设计的双环均采用一阶LADRC控制器的三相四线制APF在电动钻机电网中有效提高了补偿性能、电流跟踪实时性及抗扰性能。


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