【基于無源理論的PCHD模型控制分析2000字】

基于無源理論的PCHD模型控制分析目錄TOC\o"1-3"\h\u24697基于無源理論的PCHD模型控制分析 132981.1基于PCHD模型的無源控制器 1221851.1.1PCHD模型 245411.1.2基于PCHD模型的無源控制器設計 3181691.1.3期望平衡點的確定 494231.1.4內環電流的無源控制 4163521.2仿真實驗及波形分析 724021.2.1三相電網電壓平衡時狀況 7295481.2.2三相電網電壓不平衡時狀況 81.1基于PCHD模型的無源控制器根據式圖3-1，通過使用坐標變換理論中等功率變換，可以得出在同步旋轉dq0坐標系的SAPF一般數學模型為：（4-1）經過坐標旋轉，可得：（4-2）式中：imd、imq、im0，Gd、Gq、G0和ULd、ULq、UL0為APF輸出的電流、開關函數和PCC處電壓；ω為電源角頻率，f按50Hz。1.1.1PCHD模型本系統選擇狀態變量為：（4-3）式4-3中：x1、x2、x3為磁鏈，x4、x5為電容電量。在電力系統中，存儲能量的只有電感和電容，本文選擇的系統能量函數為包含電感能量和電容能量之和的總能量作為能量的表征量，具體為：（4-4）于是，由式4-2可得：（4-5）式4-5中上式中，JFTH=-JTFTH；RFTH為對稱的半正定矩陣，u為系統的輸入量。1.1.2基于PCHD模型的無源控制器設計考慮到系統能量衰減的速度和達到穩定狀態的速度，本課題采用互聯和阻尼分配(IDA)法對基于PCHD模型的控制器進行設計。假定選擇的注入阻尼和向量K(x)滿足：（4-6）同時滿足，Jd=Ja+JFTH,Rd=Ra+RFTH,K(x)=?Ha(x)/?x。上式4-6滿足以下幾式子：（4-7）（4-8）（4-9）（4-10）其中式4-7若能滿足，則代表系統結構是守恒的；若4-8滿足，則代表系統是可積的，滿足可積性的式子即表示該量是標量梯度；若4-9滿足，則代表所求量的極值是存在的，則系統要找的平衡點是存在的；若4-10滿足，則代表能量函數具有最小值，可以找出來最小值的點。通過上述分析，可得PCHD模型變化為：（4-11）于是有：（4-12）通過式4-12可以看出，注入阻尼是系統收斂快慢的決定因素。1.1.3期望平衡點的確定理想平衡點是要達到電流波形的理想效果，本系統控制的最終目的是要電流的正弦化、諧波含量少、無功含量少，所以本系統的期望值是系統的功率因數為1。另外，三相四線制的中線，在系統理想的平衡狀態應該中線電流為0，所以本系統的中線電流期望值isn定為0。最后，本系統的直流電流為兩個，直流電壓的期望值除了總電壓數值，還有兩個電容分別控制的期望值，理想狀態的電容電壓值應該是兩個電壓均分，并且兩個電容電壓的數值應該控制的文波盡可能的小，因此直流電壓的期望值為Udc1=Udc2。綜上所述，系統的理想值定為：（4-13）式4-13中：iLdh、iLqh和iL0h為iL的諧波iLh在dq0系統的分量，U*為直流側總電壓的理想值。1.1.4內環電流的無源控制將式4-6化簡，化簡過程取取Ja=0，Ra為半正定對角陣，即：Ra=diag{ra1,ra2,ra3,0,0}。化簡結果為：（4-14）因此，通過4-14可以得出基于PCHD模型的PBC控制器為：（4-15）因為（4-16）所以4-15可以化簡為：（4-17）通過4-8，可得K(x):（4-18）假設，K(x)中均是x1的函數，可以推出：（4-19）其中，A2、A3、A4、A5代表常數。由4-9可得（4-20）因此有（4-21）由4-21可以得出：（4-22）為了將控制器設計過程化簡，將K1(x)假定為一階的函數，因此可以得到：（4-23）式中C是一個常量，則。（4-24）進一步得到：（4-25）由4-25可以看出，能量函數是正定的二階函數，滿足4-10。最后，將4-22和4-23代入到4-17，可以得到：（4-26）上式即為最終的控制器函數。至此，基于PCHD模型的PBC控制策略整體控制框圖為：圖4-1基于PCHD模型的電容中點式三相四線制APF的控制框圖1.2仿真實驗及波形分析為了驗證本文提出的基于PCHD模型的PBC的可行性和優越性，利用Simulink對電容中點式三相四線制SAPF系統進行仿真研究。1.2.1三相電網電壓平衡時狀況仿真參數為：三相電源為220V/50Hz；負載RL=5Ω，LL=20mH；SAPF輸出濾波電感Lf=5mH、濾波電阻Rf=0.3Ω，直流側電容Cf=5mF，直流側總電壓的期望值∑V*dc=800V；注入阻尼ra1=ra2=ra3=600Ω。仿真時間0~0.16s，仿真結果如圖4-2、4-3、4-4所示。圖4-2補償前電源電流圖4-3補償后電源電流圖4-4直流電壓平衡時仿真曲線由圖4-2可見，補償前，a相電源電流非正弦且諧波含量較大，由圖4-3可見，經SAPF補償后，電源電流正弦化，諧波含量大大降低，THD下降至2.45%；由圖4-4可見，經電壓外環控制后，直流側總電壓同樣能維持在800V，且紋波較小，驗證了基于PCHD模型的控制系統的良好的靜態特性。1.2.2三相電網電壓不平衡時狀況同樣針對電網單相電壓跌落和兩相電壓跌落進行仿真分析，驗證本文所設計基于PCHD模型的控制系統在電網不平衡狀態下的諧波補償能力。（1）單相電壓跌落時的仿真波形單相電壓跌落仍將電網電壓B相電壓設置為有效值198V，其余兩相為220V。通過仿真圖可以看出，APF投入補償后，三相電網電流諧波降低為2.96%、2.83%、2.72%，證明本文所提基于PBC理論的的PCHD模型的控制策略在電網不平衡狀態下的優越性。圖4-5三相電源電壓圖4-6補償前三相電源電流圖4-7補償前三相電源電流THD值圖4-8補償后三相電源電流圖4-9補償后三相負載電流的THD值（2）兩相電壓跌落時的仿真波形兩相電壓不平衡運行狀態下的參數與第三章相同，設置為：B相電壓209V、C相電壓198V，其余參數不變。由仿真可以看出，投入APF進行諧波補償后，電網電流諧波得到了很大改善改善，通過