并联有源电力滤波器新型控制策略仿真研究

三相三线并联有源电力滤波器(APF)能够实时地补偿谐波电流和无功电流.控制器作为APF的核心部件,它的性能好坏直接影响到APF的补偿效果.而影响控制器动态性能的关键因素是控制算法.考虑到APF的数学模型在dq 坐标系下,是一个非线性耦合系统,首先采用逆系统方法将原系统线性化解耦,构造出伪线性系统.然后,再运用变结构控制,设计出这个伪线性系统的变结构控制律.最后,建立了APF的仿真模型对其进行仿真试验.试验结果表明,基于此控制策略设计出APF的控制器能使有源滤波器具备良好的补偿效果.     

基于瞬时无功功率理论谐波检测算法的优化

三相四线制并联有源电力滤波器(APF)能实时补偿谐波电流和无功电流,控制器算法作为APF的核心部分,其性能优劣直接影响到APF的补偿效果,而影响控制器性能的关键因素是谐波检测算法和谐波补偿算法。为此首先对不平衡系统中p-q算法存在的问题进行改进,并增加直流侧电压控制的PI调节,然后在dq坐标系下经过Clark-park逆变换,得到与系统谐波相对应的谐波补偿电流,最后用Simulink仿真软件建立APF的仿真模型进行仿真试验。结果表明,基于此控制策略设计出的APF谐波检测更加准确,对系统谐波具备更好的补偿效果。     

基于逆系统方法有源滤波器控制策略的研究

有源电力滤波器(Active Power Filter,简称APF)是解决电网谐波问题的有效手段.其补偿性能取决于谐波电流检测方法和电流跟踪控制方法.提出了一种基于逆系统方法的APF反馈线性化控制方法.针对APF主电路在d,q旋转坐标系下数学模型的非线性特性,采用逆系统方法将其解耦为伪线性系统.并在该伪线性系统的基础上利用线性二次性调节器(Linear Quadratic Regulator,简称LQR)设计了满足一定性能指标的控制器.在这种控制策略中,指令电流通过基于瞬时无功功率理论的ip-iq检测方法得到.仿真和实验结果显示,实际补偿电流能够快速准确地跟踪指令电流,使电网电流快速被补偿为正弦波,且直流侧电压也能很快达到稳定值,证实了该控制方法的可行性.     

统一电能质量调节器的变结构控制研究

统一电能质量调节器(UPQC)是串联有源电力滤波器和并联有源电力滤波器的结合,集成了二者的优点,可以同时补偿电压谐波和电流谐波.控制是统一电能质量调节器的核心,控制结果要求负载电压为正弦电压,电网输入电流为正弦电流.提出一种新的控制方法,对UPQC串联侧和并联侧同时进行参考值计算和开关器件控制,使电压补偿和电流补偿同步协调工作.考虑到UPQC的数学模型在dq坐标系下,是一个非线性耦合系统,首先采用逆系统方法将原系统线性化解耦,构造出伪线性系统.然后,再运用变结构控制理论,设计出这个伪线性系统的变结构控制律.最后,建立了UPQC的MATLAB仿真模型对其进行仿真验证.结果表明该方法的有效性和可行性.     

基于输入输出反馈精确线性化的三相APF控制

将输入输出反馈精确线性化控制方法应用于三相有源电力滤波器非线性控制中。首先建立三相有源电力滤波器的仿射非线性系统模型,推导出了其输入输出反馈精确线性化非线性反馈控制律,实现三相并联型有源电力滤波器有功补偿电流和无功补偿电流的解耦控制器设计。最后使用Matlab进行仿真验证,仿真试验结果表明,该控制策略能较好地实现APF的解耦控制,具有较好的补偿特性,经该控制算法补偿,谐波畸变率限制在2%以下。     

有源电力滤波器补偿电流的性能分析

为了提高并联型有源电力滤波器（ APF）的补偿性能,在同步旋转坐标系下提出了一种理想的电流控制策略,即基于数字PI控制和重复控制并联结构的复合电流控制方法。利用重复控制对于周期扰动信号无差跟踪的特点来提高有源滤波的稳态精度,PI控制保证APF的动态性能。试验结果和理论分析结果表明,并联结构的补偿电流控制器是可行的。     

基于α,β系统的滑模变结构控制APF研究

有源电力滤波器(APF)是适用于补偿无功、动态抑制谐波的一种新型电力电子装置。针对传统PI控制法跟随误差较大,从而导致APF滤波精度降低的问题,引入一种基于α,β系统的积分型滑模变结构控制。通过对三相三线制APF主电路进行数学建模,用来设计滑模变结构控制器,以提高谐波电流控制精度。最后对比传统PI控制法,仿真和实验结果很好地验证了该控制方法的有效性。     

基于广义预测的三相四线制APF控制策略研究

针对有源电力滤波器(APF)系统自身同有延时造成APF补偿性能下降问题,提出了一种基于广义预测控制(GPC)策略。根据GPC理论,设计了三相四线制APF预测控制结构模型,建立了APF的受控自回归积分滑动模型。在此基础上讨论GPC预测控制器的设计方法,实现了对三相四线制APF电流的预测控制。设计了最优控制规律。仿真试验结果表明,广义预测控制具有较好的跟踪能力,克服了系统延时造成的网侧电流存有毛刺的现象。     

基于PCHD模型的APF自适应模糊无源控制研究

为改进有源电力滤波器APF的电网电流补偿效果,基于APF的端口受控哈密顿(PCHD)数学模型,采用互联和阻尼配置无源控制(IDA-PBC)方法,设计了通过模糊控制实现注入阻尼在线调整的无源混合控制器。同时,为提高APF的直流侧电压控制能力,采用自适应模糊PI控制器,实现比例系数与积分系数的在线调整。利用所提出的控制器,可有效补偿电网电流,抑制负载电流谐波,使电网电流为近似正弦波;同时,获得更好的直流电压动静态性能。在Matlab/Simulink仿真平台上搭建APF自适应模糊无源混合控制器的仿真模型,对APF的谐波补偿性能进行了仿真实验研究。仿真结果表明所提出的自适应模糊无源混合控制策略是可行的。     

适用于高速铁路的三相四开关型滤波器的电流重复控制设计

为了解决高速电气化铁路存在的高次谐波及负序电流等电能质量问题,在降低有源补偿设备成本的前提下,提出将三相四开关型有源电力滤波器(APF)用于高速电气化铁路的电能质量补偿。在对三相四开关型APF的拓扑结构及数学模型进行分析的基础上,将重复控制应用于三相四开关型APF的输出电压控制中,以提高其跟踪精度,改善补偿效果。根据高速铁路负荷的特性,给出改进重复控制器的设计和稳定性分析方法。MATLAB仿真结果验证了改进的重复控制器可以有效提高三相四开关型APF的补偿精度和动态性能。     

基于FPGA的单相有源电力滤波器控制系统设计

针对有源电力滤波器(APF)的控制算法复杂且对实时性和精度要求高,而传统的DSP软件方法实现过程中存在着不能并行运算等问题,提出了一种基于可编程逻辑器件(FPGA)的APF控制系统设计方案。阐述了谐波检测方法及改进后的补偿电流控制方法。以FPGA EP1C12Q240C8为控制器搭建了试验平台。试验结果验证了该控制方法及APF控制系统设计的正确性。     

有源电力滤波器重复控制方法的设计

分析了三相并联型有源电力滤波器(APF)原理和电流控制数学模型。接着将重复控制器嵌入到有源电力滤波器(APF)中,实现PI控制和重复控制的双闭环电流控制。同时讨论了重复控制的稳定性和稳态误差,分析了重复控制器的参数设计。最后在一台20kVA并联型有源电力滤波器样机上验证了该方法的使用性和有效性。     

A new optimal approach for improvement of active power filter using FPSO for enhancing power quality

In the recent years, development of industry cause to increase nonlinear and time variant loads in power systems. These loads bring about power quality phenomena such as voltage and current harmonics, current unbalance and flicker in power systems. In this paper, an optimal method for active power filter is proposed to improve power quality. The control system of APF is based on combination of the synchronous detection method, instantaneous power theory, and output of DC capacitor voltage regulator. To stabilize the DC voltage and improvement of reference currents, PID controller is suggested. Regarding to intense changes of load in power system due to nonlinear load, PID controller with fixed parameters could not adequate for the APF control. Therefore, Fuzzy Particle Swarm Optimization method is proposed for optimizing of PID controller. This method is found on PSO and Fuzzy algorithm. To evaluate the proposed method, the APF is modeled in the worst conditions with a power system loaded with two electric arc furnace. In addition, in order to make good use of frequency changes in the power system, the power frequency estimation is put to use.     

基于复合型自适应广义积分器三电平APF研究

电力有源滤波器(active power filter,APF)是消除电网中非线性负载产生的电流谐波的有效手段之一。提出一种在三相静止坐标下的基于自适应理论的复合控制器,复合控制器包括改进的自适应广义积分器和PI控制器。在最大限度利用PI控制器进行谐波电流快速跟踪的同时,采取自适应广义积分器对各次谐波进行稳态无静差跟踪控制。提出的复合控制器与三电平电压空间矢量调相结合,能够消除单PI控制交流变量时所存在的稳态静差问题和改善系统鲁棒性。详细研究了复合控制器的设计方法,并给出了设计参数和系统的稳定性分析。基于MATLAB/Simulink仿真平台,对基于自适应广义积分器的三电平APF控制系统进行了仿真分析,最后通过实验验证了控制方法的正确性和有效性。     

Model reference adaptive sliding mode control using RBF neural network for active power filter

In this paper, a model reference adaptive sliding mode (MRASMC) using a radical basis function (RBF) neural network (NN) is proposed to control the single-phase active power filter (APF). The RBF NN is utilized to approximate the nonlinear function and eliminate the modeling error in the APF system. The model reference adaptive current controller in AC side not only guarantees the globally stability of the APF system but also the compensating current to track the harmonic current accurately. Moreover, a sliding mode voltage controller based on an exponential approach law is designed to improve the tracking performance of DC side voltage. Simulation results demonstrate strong robustness and outstanding compensation performance with the proposed APF control system. In conclusion, MRASMC using RBF NN can improve the adaptability and robustness of the APF system and track the given instructional signal quickly.     

基于无源化方法的三相四线制APF控制器策略

电流跟踪控制是并联型有源电力滤波器(APF)的控制器设计的关键问题之一,利用APF的无源特性来实现电流跟踪控制可以取得较常规的线性和非线性控制器更好的控制效果.首先建立了三相四线制下四桥臂APF的状态空间模型;在此基础上利用无源控制方法构造电流跟踪动态控制器,然后基于APF的工作机理分析给出了实现渐近跟踪和内部稳定的充分条件;最后利用PSCAD软件包对所提出的控制算法进行了仿真测试,证明了新算法的有效性.     

基于T-S模糊模型的有源电力滤波器控制研究

为了进一步提高有源电力滤波器(Active Power Filter,简称APF)的补偿效果,提出了一种基于T-S模糊模型的APF控制新方案。首先分析了在不检测谐波电流条件下控制系统的特点,建立了三相三线并联型APF的T-S模糊模型,并对模型进行线性化处理,进而通过并行分布补偿(PDC)方法设计出系统的模糊控制器。实验结果证明了该控制策略的有效性。     

人工神经网络在电能质量调节器中的应用仿真研究

运用人工神经网络控制模式和一种新型控制算法,设计了一种可同时补偿无功和抑制谐波的并联有源电力滤波器.经MATLAB仿真,结果证明,所提出的有源电力滤波器控制技术及其控制算法,对消除谐波和补偿无功电流起到了更好的作用.     

A novel robust current control approach using adaptive line enhancer for three‐phase current‐source active power filter

An effective system control method is presented for applying a three‐phase current‐source PWM converter with a deadbeat controller to active power filters (APFs). In the shunt‐type configuration, the APF is controlled such that the current drawn by the APF from the utility is equal to the current harmonics and reactive current required for the load. To attain the time‐optimal response of the APF supply current, a two‐dimensional deadbeat control scheme is applied to APF current control. Furthermore, in order to cancel both the delay in the two‐dimensional deadbeat control scheme and the delay in DSP control strategy, an Adaptive Line Enhancer (ALE) is introduced in order to predict the desired value three sampling periods ahead. ALE has another function of bringing robustness to the deadbeat control system. Due to the ALE, settling time is made short in a transient state. On the other hand, total harmonic distortion (THD) of source currents can be minimized compared to the case where ideal identification of the controlled system can be made. The experimental results obtained from the DSP‐based APF are also reported. The compensating ability of this APF is very high in accuracy and responsiveness although the modulation frequency is rather low. © 2004 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 150(1): 50–61, 2005; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20014