【基于无源理论的PCHD模型控制分析2000字】

基于无源理论的PCHD模型控制分析目录TOC\o"1-3"\h\u24697基于无源理论的PCHD模型控制分析 132981.1基于PCHD模型的无源控制器 1221851.1.1PCHD模型 245411.1.2基于PCHD模型的无源控制器设计 3181691.1.3期望平衡点的确定 494231.1.4内环电流的无源控制 4163521.2仿真实验及波形分析 724021.2.1三相电网电压平衡时状况 7295481.2.2三相电网电压不平衡时状况 81.1基于PCHD模型的无源控制器根据式图3-1，通过使用坐标变换理论中等功率变换，可以得出在同步旋转dq0坐标系的SAPF一般数学模型为：（4-1）经过坐标旋转，可得：（4-2）式中：imd、imq、im0，Gd、Gq、G0和ULd、ULq、UL0为APF输出的电流、开关函数和PCC处电压；ω为电源角频率，f按50Hz。1.1.1PCHD模型本系统选择状态变量为：（4-3）式4-3中：x1、x2、x3为磁链，x4、x5为电容电量。在电力系统中，存储能量的只有电感和电容，本文选择的系统能量函数为包含电感能量和电容能量之和的总能量作为能量的表征量，具体为：（4-4）于是，由式4-2可得：（4-5）式4-5中上式中，JFTH=-JTFTH；RFTH为对称的半正定矩阵，u为系统的输入量。1.1.2基于PCHD模型的无源控制器设计考虑到系统能量衰减的速度和达到稳定状态的速度，本课题采用互联和阻尼分配(IDA)法对基于PCHD模型的控制器进行设计。假定选择的注入阻尼和向量K(x)满足：（4-6）同时满足，Jd=Ja+JFTH,Rd=Ra+RFTH,K(x)=∂Ha(x)/∂x。上式4-6满足以下几式子：（4-7）（4-8）（4-9）（4-10）其中式4-7若能满足，则代表系统结构是守恒的；若4-8满足，则代表系统是可积的，满足可积性的式子即表示该量是标量梯度；若4-9满足，则代表所求量的极值是存在的，则系统要找的平衡点是存在的；若4-10满足，则代表能量函数具有最小值，可以找出来最小值的点。通过上述分析，可得PCHD模型变化为：（4-11）于是有：（4-12）通过式4-12可以看出，注入阻尼是系统收敛快慢的决定因素。1.1.3期望平衡点的确定理想平衡点是要达到电流波形的理想效果，本系统控制的最终目的是要电流的正弦化、谐波含量少、无功含量少，所以本系统的期望值是系统的功率因数为1。另外，三相四线制的中线，在系统理想的平衡状态应该中线电流为0，所以本系统的中线电流期望值isn定为0。最后，本系统的直流电流为两个，直流电压的期望值除了总电压数值，还有两个电容分别控制的期望值，理想状态的电容电压值应该是两个电压均分，并且两个电容电压的数值应该控制的文波尽可能的小，因此直流电压的期望值为Udc1=Udc2。综上所述，系统的理想值定为：（4-13）式4-13中：iLdh、iLqh和iL0h为iL的谐波iLh在dq0系统的分量，U*为直流侧总电压的理想值。1.1.4内环电流的无源控制将式4-6化简，化简过程取取Ja=0，Ra为半正定对角阵，即：Ra=diag{ra1,ra2,ra3,0,0}。化简结果为：（4-14）因此，通过4-14可以得出基于PCHD模型的PBC控制器为：（4-15）因为（4-16）所以4-15可以化简为：（4-17）通过4-8，可得K(x):（4-18）假设，K(x)中均是x1的函数，可以推出：（4-19）其中，A2、A3、A4、A5代表常数。由4-9可得（4-20）因此有（4-21）由4-21可以得出：（4-22）为了将控制器设计过程化简，将K1(x)假定为一阶的函数，因此可以得到：（4-23）式中C是一个常量，则。（4-24）进一步得到：（4-25）由4-25可以看出，能量函数是正定的二阶函数，满足4-10。最后，将4-22和4-23代入到4-17，可以得到：（4-26）上式即为最终的控制器函数。至此，基于PCHD模型的PBC控制策略整体控制框图为：图4-1基于PCHD模型的电容中点式三相四线制APF的控制框图1.2仿真实验及波形分析为了验证本文提出的基于PCHD模型的PBC的可行性和优越性，利用Simulink对电容中点式三相四线制SAPF系统进行仿真研究。1.2.1三相电网电压平衡时状况仿真参数为：三相电源为220V/50Hz；负载RL=5Ω，LL=20mH；SAPF输出滤波电感Lf=5mH、滤波电阻Rf=0.3Ω，直流侧电容Cf=5mF，直流侧总电压的期望值∑V*dc=800V；注入阻尼ra1=ra2=ra3=600Ω。仿真时间0~0.16s，仿真结果如图4-2、4-3、4-4所示。图4-2补偿前电源电流图4-3补偿后电源电流图4-4直流电压平衡时仿真曲线由图4-2可见，补偿前，a相电源电流非正弦且谐波含量较大，由图4-3可见，经SAPF补偿后，电源电流正弦化，谐波含量大大降低，THD下降至2.45%；由图4-4可见，经电压外环控制后，直流侧总电压同样能维持在800V，且纹波较小，验证了基于PCHD模型的控制系统的良好的静态特性。1.2.2三相电网电压不平衡时状况同样针对电网单相电压跌落和两相电压跌落进行仿真分析，验证本文所设计基于PCHD模型的控制系统在电网不平衡状态下的谐波补偿能力。（1）单相电压跌落时的仿真波形单相电压跌落仍将电网电压B相电压设置为有效值198V，其余两相为220V。通过仿真图可以看出，APF投入补偿后，三相电网电流谐波降低为2.96%、2.83%、2.72%，证明本文所提基于PBC理论的的PCHD模型的控制策略在电网不平衡状态下的优越性。图4-5三相电源电压图4-6补偿前三相电源电流图4-7补偿前三相电源电流THD值图4-8补偿后三相电源电流图4-9补偿后三相负载电流的THD值（2）两相电压跌落时的仿真波形两相电压不平衡运行状态下的参数与第三章相同，设置为：B相电压209V、C相电压198V，其余参数不变。由仿真可以看出，投入APF进行谐波补偿后，电网电流谐波得到了很大改善改善，通过