一種有源電力濾波器自適應(yīng)模糊滑模rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種有源電力濾波器自適應(yīng)模糊滑模RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法，尤其涉 及一種基于模糊滑模的有源電力濾波器自適應(yīng)模糊滑模RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法在三相并聯(lián) 電壓型有源電力濾波器控制上的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 自20世紀(jì)80年代以來，隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展以及環(huán)境、能源、社會和高效 化的要求，電力電子設(shè)備和系統(tǒng)正朝著應(yīng)用技術(shù)高頻化(20kHz以上）、硬件結(jié)構(gòu)集成模塊化 (單片集成模塊、混合集成模塊)等大方向發(fā)展。電力電子電能變換技術(shù)已在現(xiàn)代社會工業(yè)、 生活中的方方面面得到了廣泛應(yīng)用。
[0003] 然而隨著作為電網(wǎng)的非線性和時變性負(fù)荷的電力電子裝置的廣泛應(yīng)用，其帶來的 負(fù)面效應(yīng)也變的日益明顯和嚴(yán)峻。這類電力電子裝置的開關(guān)特性在電網(wǎng)中會引起大量的諧 波和次諧波分量，導(dǎo)致電力電路中電壓和電流波形出現(xiàn)失真，其中電力電子裝置代替?zhèn)鹘y(tǒng) 磁性材料產(chǎn)生的非線性變化成為最主要的諧波源。另外，波動性、沖擊性負(fù)荷在電力電路中 不僅引發(fā)大量的高次諧波，而且會導(dǎo)致電路電壓出現(xiàn)波動、畸變、三相不平衡等問題。
[0004] 目前，國內(nèi)主要采用無源濾波器處理電網(wǎng)中的諧波。然而無源濾波器的補(bǔ)償特性 單一，且易受到系統(tǒng)阻抗影響，引發(fā)諧振現(xiàn)象，放大諧波，進(jìn)而燒毀補(bǔ)償裝置，而且僅能對特 定諧波進(jìn)行有效處理，人們逐漸將研究的重心轉(zhuǎn)向有源電力濾波器。有源電力濾波器等凈 化電網(wǎng)產(chǎn)品是智能電網(wǎng)建設(shè)的標(biāo)配產(chǎn)品，能實(shí)現(xiàn)諧波和無功動態(tài)補(bǔ)償，響應(yīng)快、受電網(wǎng)阻抗 影響小、不易與電網(wǎng)阻抗發(fā)生諧振，既能補(bǔ)償各次諧波，還可抑制閃變、補(bǔ)償無功，補(bǔ)償性能 不受電網(wǎng)頻率變化的影響，能有效抑制諧波污染，因此成為諧波治理的重要手段。
[0005] 目前，國內(nèi)外尚未形成系統(tǒng)的有源電力濾波器的先進(jìn)控制理論體系，有源濾波器 的建模方法因人而異，采用的控制方法也多種多樣，導(dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對上述問題，本發(fā)明提供一種有源電力濾波器自適應(yīng)模糊滑模RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控 制方法，能夠?qū)χ噶铍娏鲗?shí)時跟蹤補(bǔ)償、可靠性高、對參數(shù)變化魯棒性高、穩(wěn)定性高。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0008] -種有源電力濾波器自適應(yīng)模糊滑模RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法，其特征在于，包括如 下步驟：
[0009] 步驟1、建立有源電力濾波器的數(shù)學(xué)模型；
[0010]步驟2、基于模糊滑模設(shè)計得到自適應(yīng)模糊滑模RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器，包括模糊自 適應(yīng)律和RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)律；
[0011]步驟3、根據(jù)自適應(yīng)模糊滑模RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器控制有源電力濾波器。
[0012]優(yōu)選，針對三相三線制系統(tǒng)，有源電力濾波器的數(shù)學(xué)模型為：
[0013]
[0014] 式中，Lc是交流電感，Re是直流側(cè)電阻，ik是濾波器輸出補(bǔ)償電流，k = I，2，3，ζ是ik 的二階導(dǎo)數(shù)，Vk為三相有源電力濾波器端電壓，Vdc是直流側(cè)電容電壓，dk為開關(guān)狀態(tài)函數(shù)，t 是時間。
[0015] 其中，步驟2中得至IjLyapunov函數(shù)Vi、V2和V3,其中：
[0016]
[0017]
[0018]
[0019]式中，
，s是切換函數(shù)，s%s的轉(zhuǎn)置，? = ?是RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值， 斤為備的轉(zhuǎn)置，其中，為RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的理想權(quán)值，焱為RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時估計權(quán)值，μ 為正常數(shù)，K1是μ的倒數(shù)，η = 1，2,3···，貧=4-?是模糊系統(tǒng)理想?yún)?shù)和實(shí)時參數(shù)之間的 誤差，^為模糊系統(tǒng)理想?yún)?shù)，義為模糊系統(tǒng)的實(shí)時參數(shù)，年是民的轉(zhuǎn)置；
[0020] 根據(jù)Lyapunov穩(wěn)定定理設(shè)計模糊自適應(yīng)律和RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)律：
[0021 ]模糊自適應(yīng)律為：
[0022]
[0023] 其中，I為模糊向量，為1的一階導(dǎo)數(shù)，Si是切換函數(shù)。
[0024] RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)律為：
[0025]
[0026] 其中，Φ (χ) = [ Φι(χ)，Φ2(χ)··· Φη(χ)]τ，η=1，2,3···，為高斯基函數(shù)，Γ 為常數(shù)。
[0027] 本發(fā)明的有益效果是：
[0028] 在基于模糊滑模的有源電力濾波器自適應(yīng)模糊滑模RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制法中，自適 應(yīng)模糊滑模RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器用來逼近有源電力濾波器中的非線性部分。自適應(yīng)模糊控 制器能夠確保對指令電流的實(shí)時跟蹤并加強(qiáng)系統(tǒng)的魯棒性?？蓪τ性措娏V波器進(jìn)行有 效、可靠的控制，在對系統(tǒng)參數(shù)未知的情況下，可以有效估計出系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)，并且保證 系統(tǒng)全局的穩(wěn)定性;在基于模糊滑模的有源電力濾波器自適應(yīng)模糊滑模RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 器的設(shè)計的基礎(chǔ)上，可逐步得到動態(tài)控制律和自適應(yīng)律;在滑?？刂频脑O(shè)計中主要是利用 常規(guī)的滑模變結(jié)構(gòu)控制，其能夠克服系統(tǒng)的不確定性，對干擾具有很強(qiáng)的魯棒性，尤其對非 線性系統(tǒng)的控制具有很強(qiáng)的控制效果。
【附圖說明】
[0029] 圖1是本發(fā)明具體實(shí)施例中有源電力濾波器的模型示意圖；
[0030] 圖2是本發(fā)明一種有源電力濾波器自適應(yīng)模糊滑模RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法的原理 示意圖；
[0031] 圖3是本發(fā)明的具體實(shí)施例中實(shí)際輸出追蹤期望曲線的時域響應(yīng)曲線圖；
[0032]圖4是本發(fā)明的具體實(shí)施例中對電網(wǎng)電流進(jìn)行補(bǔ)償之后的時域響應(yīng)曲線圖。
[0033] 其中，圖1中的符號：
[0034] Vsl , Vs2 , Vs3 -二相電源電壓；isl , is2 , is3-二相電源電流；iu , iL2 , iL3-負(fù)載電流； Vl，V2，V3-二相有源電力濾波器端電壓；il，i2，i3-二相補(bǔ)償電流;Lc一交流電感;Rc-直流 偵Ij 電阻;VlM，V2M，V3M，VMN-M點(diǎn)到a、b、C、N點(diǎn)的電壓。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，以使本領(lǐng) 域的技術(shù)人員可以更好的理解本發(fā)明并能予以實(shí)施，但所舉實(shí)施例不作為對本發(fā)明的限 定。
[0036] 一種有源電力濾波器自適應(yīng)模糊滑模RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法，主要包括如下三個 步驟：
[0037]步驟1、建立有源電力濾波器的數(shù)學(xué)模型；
[0038] 步驟2、基于模糊滑模設(shè)計得到自適應(yīng)模糊滑模RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器，包括模糊自 適應(yīng)律和RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)律；
[0039] 步驟3、根據(jù)自適應(yīng)模糊滑模RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器控制有源電力濾波器。
[0040] 實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)用最廣泛的是并聯(lián)電壓型有源電力濾波器，而三相的占多數(shù)，故本 實(shí)施例針對三相三線制系統(tǒng)的情況進(jìn)行詳細(xì)說明。有源電力濾波器主要由三部分組成，分 別是諧波電流檢測模塊、電流跟蹤控制模塊和補(bǔ)償電流發(fā)生模塊。如圖1所示，其顯示了有 源電力濾波器的系統(tǒng)模型。
[0041] 一、建立有源電力濾波器的數(shù)學(xué)模型：
[0042] 有源電力濾波器的基本工作原理是，檢測補(bǔ)償對象的電壓和電流，經(jīng)指令電流運(yùn) 算電路計算得出補(bǔ)償電流的指令信號P。，該信號經(jīng)補(bǔ)償電流發(fā)生電路放大，得出補(bǔ)償電流 i。，補(bǔ)償電流與負(fù)載電流中要補(bǔ)償?shù)闹C波及無功等電流抵消，最終得到期望的電源電流。
[0043] 根據(jù)電路理論和基爾霍夫定理可得到如下公式：
[0044]
(1)
[0045]其中，V1，V2，V3分別為三相有源電力濾波器端電壓，^，。，。分別為三相補(bǔ)償電流， L。是交流電感，R。是直流側(cè)電阻，VlM，V2M，V3M，VM^mA到a、b、C、N點(diǎn)的電壓。
[0046]假設(shè)交流側(cè)電源電壓穩(wěn)定，可以得到
[0047] ,、
(2)
[0048] 并定義Ck為開關(guān)函數(shù)，指示IGBT的工作狀態(tài)，定義如下： Γ ? fl第_，上橋臂導(dǎo)通，下橋臂斷開 ⑶
[0049] 、-|〇第細(xì)，上橋臂斷開，下橋臂導(dǎo)通
[0050] 其中，k = l，2,3。
[0051 ] 同時 ，VkM= CkVdc，所以（1 )可改與為
[0052](4) V ^
l-·
[0053] 我們定義dk為開關(guān)狀態(tài)函數(shù)，定義如下： _]
⑶
[0055]則dk依賴于第k相IGBT的通斷狀態(tài)，是系統(tǒng)的非線性項(xiàng)，并有：
[0056]
(6)
[0057] 那么（4)可改寫為：
[0058]
(7)
[0059] 定義：
[0060]
(8)
[0061] 那么：
[0062]
(9)
[0063]
(10)
[0064] 那么可以將(7)改寫成如下形式：
[0065]
(11)
[0066] 其中：
[0067]則式(11)為有源電力濾波器的數(shù)學(xué)模型，也即：
[0068]針對三相三線制系統(tǒng)，有源電力濾波器的數(shù)學(xué)模型為：
[0069]
[0070] 式中，Lc是交流電感，Rc是直流側(cè)電阻，ik是濾波器輸出補(bǔ)償電流，k = 1，2，3，ξ是ik 的二階導(dǎo)數(shù)，Vk為三相有源電力濾波器端電壓，Vdc是直流側(cè)電容電壓，dk為開關(guān)狀態(tài)函數(shù)，t 是時間。
[0071 ]二、基于模糊滑模設(shè)計得到自適應(yīng)模糊滑模RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器，包括模糊自適應(yīng) 律和RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)律：
[0072] 定義跟蹤誤差為：
[0073] e = Xd-X (12)
[0074] 對e求導(dǎo)得：
[0075] e = kd -k (13)
[0076] 定義滑模面為：
[0077] s = e+M (14)
[0078] 定義李雅普諾夫函數(shù)為：
[0079] K1 - -.Sf-V (U) Ib
[0080] 對心求導(dǎo)可得：
[0081 ]
(i.6)
[0082] 其中，定義非線性部分為：
[0083]
(17)
[0084] 則式（16)可改為：
[0085]
(18)
[0086] 為使Vi ' < 0，設(shè)計控制器為：
[0087]
(19)
[0088] 其中 /為f 的估計值，K = diag(Kii,…，Knn)，A = diag(ai，...an)，n = l，2,3···，為元 素為正常數(shù)的對角矩陣。
[0089]那么：
[0090]
(20)