基于滑模控制的改进线性正弦示踪DSTATCOM的控制算法

阿奴拉结亚历山大¹,H.Brindha²

PG学生,EEE的部门,GKM工程与技术学院,印度钦奈
助理教授,EEE的部门,GKM工程与技术学院印度钦奈

文摘

电力电子设备领域的发展,集约利用静态转换器,和国内的大量以电子为基础的应用程序的质量恶化。这些非线性负载产生的谐波电流,可以不对称,会导致电压降在供应网络阻抗的不平衡状况。这些影响可以更糟的情况下负荷随机变化。传统解决方案如被动过滤器减少电流谐波污染是无效的,因为他们只能消除特定频率范围和另一个单位需要消除频率范围等等。提出了一种三相分布静态补偿器(DSTATCOM)使用基于滑模控制的改进线性正弦示踪(ILST)控制算法等不同功能的DSTATCOM无功补偿功率因数校正,消除谐波,在非线性负载下和负载平衡。该控制方案使用参考电流的内模原理实现从源和负载电流。因此系统的有效性是非常完善。该系统是模拟在PI控制器和模糊控制器。这导致权力的更好的质量分布。重要的是要强调,该系统提供优秀的结果比传统方法。 The simulation results using MATLAB/SIMULINK are verified for the proposed DSTATCOM.

关键字

滑模控制(SMC)线性正弦示踪(ILST)控制算法,改善功率因数校正(PFC)、电能质量、无功功率。

介绍

提高电能质量是任何电力分配系统的主要要求。它有许多优点,如电气设备的最大利用率,提高装载能力,零电压调节(ZVR)等[1]。可怜的电能质量的来源可分为基于消费者加载和分配系统的子系统。这些消费者的负载可分为线性、非线性,或混合类型的加载[2]。权力electronics-based分流定制电源设备,称为分布静态补偿器(DSTATCOM),用于补偿无功功率的不平衡,其中谐波负载在中压配电系统[3],[4]。一个活跃的并联补偿器可作为不同的顺序变量电导谐波对应电压谐波失真,这种技术也用于抑制谐波共振的分布系统[5]。各种配置和拓扑的DSTATCOM用于减少扭曲与可接受的水平的性能根据ieee - 519标准最优使用的直流总线电压源变换器(VSC)用作DSTATCOM和具有成本效益的方式[6],[10]。DSTATCOM具有支持性特征作为现行有关解决电能质量问题在许多应用程序中。

各种讨论解释其应用在小型水力发电利用瞬时无功功率理论控制算法。辛格和Solanki解释其实现柴油enginebased isolated-power发电系统无功补偿和谐波抑制。胡锦涛等人所描述的应用在飞机电力系统的电源频率。在风力发电系统中,它适用于电压和频率控制和谐波补偿。时等人所描述的应用程序的并联补偿器太阳能PVfarm调节电网电压。在这个应用程序中,可以使用VSC电压调整在晚上当太阳是不可用的。

有效利用DSTATCOM直接相关的设计电源电路组件(如直流母线电容器,连接电感,和VSC控制算法用于估计的参考源电流增加速度和更少的计算,为选通脉冲切换方案,设计控制算法的稳定性问题。

滑模控制理论基础改进线性正弦跟踪控制算法实现对负载电流的提取基本组件的DSTATCOM在三个阶段消费者的负载。用于功率因数校正(PFC)和ZVR以及负载平衡和谐波消除。良好的检测精度,广泛的调整内部参数,稳定性能和快速动态响应的主要特征是这种控制算法。这个算法的内部参数有明确的物理理解和容易可调最优值,这表明这个算法的简单性。频率和时域特征ILST不是由于外部环境变化的影响。检测精度和动态响应速度可以调整内部参数调整后的算法。所需的频率和带宽,ILST控制算法能够提取瞬时值和正弦波的振幅最小二乘误差梯度下降法和旋转变换。

系统配置

一个VSC-based DSTATCOM如图1所示。它是连接到一个三相交流电源供给三相线性/非线性负荷与电网迫切z源。减少波纹补偿电流,连接电感使用低频交流侧VSC的。三相系列电容器的组合(钙、Cb、Cc)和一个电阻(Ra, Rb, Rc)代表被动脉动滤波器,这是连接共同耦合点(PCC)过滤VSC的高频开关噪声。一般来说,相同的值串联电容和电阻的脉动滤波器中使用的所有三个阶段。我课程的DSTATCOM电流注入补偿电流的要求取消负载的无功功率组件和谐波电流加载,由于无功功率组件/配电系统谐波降低。评级的绝缘栅双极型晶体管(IGBT) VSC的交换机是基于电压和电流评级所需的补偿。评级VSC的无功补偿和谐波消除发现35 kVA(近似15%高于额定的无功功率值)。

滑模ILST控制算法

在控制理论中,滑模控制或SMC是一种非线性控制方法,警报的非线性系统的动力学应用不连续控制信号,部队系统的滑动系统正常行为。状态反馈控制律并不是一个连续时间的函数。相反,它从一个连续结构可以切换到另一个基于状态空间中的当前位置。因此,滑模控制是一种变结构控制方法。多个控制结构设计的轨迹总是朝着一个相邻的地区有不同的控制结构,因此最终的轨迹将不存在完全在一个控制结构。相反,它将幻灯片控制结构的边界。系统的运动,因为它沿着这些边界称为滑模和幻灯片的几何轨迹包含边界称为滑动(超)表面。在现代控制理论的背景下,任何变结构系统,系统根据SMC,可能被视为一种特殊的混合动力系统作为系统都流经一个连续状态空间但也穿过不同的离散控制模式。

在本文中,一个应用程序的滑模控制器是电动驱动器的控制由开关电源转换器。由于不连续的操作模式转换器,不连续滑模控制器是一种天然的实现选择连续控制器,可能需要应用通过脉冲宽度调制或类似技术应用连续信号输出,只能采取离散状态。

Passivity-Based滑模(PBSM)的方法是提出本文设计非线性STATCOM控制器。energy-dissipative属性模型派生的dq同步旋转坐标系完全保留。此外,该模型还考虑了操作条件下的载荷模型。该控制器设计分为内循环和外循环控制器。内循环,passivity-based控制是受雇于使用能量成形和阻尼注入技术来生成适当的开关函数为电压源变换器(VSC)的STATCOM。负载端电压和直流侧电压动态监管通过外回路控制器级联到内循环控制器。外循环控制是采用两个滑模控制器来确定适当的当前命令。仿真结果,给出了显示效果产生的PBSM控制器电压调整和无功功率补偿。

答:设计计算

AC电源:三相415 V, 50赫兹;负载:非线性:三相全桥不可控整流器与R = 12Ω和L = 100 mH;直流母线电容:500 e-6μF;参考直流母线电压:2000 V;连接电感低频= 2.25 mH;截止频率的低通滤波器用于直流总线= 10赫兹。

仿真结果和讨论

Matlab仿真软件用于发展DSTATCOM的仿真模型和控制算法。ILST-based控制算法的性能在领带域三相DSTATCOM的PFC和ZVR操作模拟线性和非线性负载使用matlab开发模型。

DSTATCOM并联无功补偿装置,这里我们使用的是六脉冲电压源逆变器连接到分布在共同耦合点。每个mosfet的栅触发扮演重要的角色。选通脉冲是由PWM技术。

结论

三相分布静态补偿器(DSTATCOM)使用基于滑模控制的改进线性正弦示踪控制算法等不同功能的DSTATCOM无功补偿功率因数校正,消除谐波和负载平衡在非线性负载下实现。拟议的系统模拟PI控制器和模糊控制器。这导致权力的更好的质量分布。重要的是要强调,该系统提供优秀的结果比传统方法。使用MATLAB仿真结果验证了该系统。

引用

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