基于复合控制的并联有源滤波器的仿真研究

并联有源滤波器是消除电网中非线性负载产生的电流谐波的有效手段。针对PI控制器在并联有源滤波器中的局限性,将重复控制和PI控制器并联用于并联有源滤波器输出电流波形的控制。笔者在给出并联有源滤波器主电路结构的基础上,介绍了一种基于瞬时无功功率法的谐波检测方法及基于重复控制和PI控制的复合控制策略。最后,通过MATLAB/Simulink对所提控制策略进行了仿真验证。仿真结果证明了该控制策略的有效性。     

基于重复控制的DSTATCOM补偿电流控制

针对配电网负载多样、谐波污染严重的情况,为提高配电网静止同步补偿器(DSTATCOM)的无功补偿性能以及低次谐波抑制能力,提出比例积分(PI)与重复控制相结合的电流控制策略,利用PI控制器低频段优越的动态性能和鲁棒性,快速补偿基波无功,并利用重复控制器对周期信号的高跟踪精度,修正PI的谐波跟踪误差。频率特性分析表明,该控制策略可以有效消除传统PI控制在中频段的相位滞后,提高谐波补偿精度。为了提高装置补偿的灵活性和稳定性,通过谐振控制器构造带通滤波器,进行指令选择性提取,针对性补偿危害严重的特征次谐波,并避开系统谐振频率。实验结果验证了所提出控制策略的有效性。     

有源电力滤波器选择性谐波电流控制策略

良好的控制策略是实现并联型有源电力滤波器（active power filter,APF））b偿功能的关键。由于并联型APF常规电流PI控制方法的闭环增益受系统稳定性条件约束,并联型APF对负载主要谐波分量补偿不充分。针对该问题,提出一种用于APF的新型选择性谐波电流控制策略。该控制策略在常规电流PI控制策略的基础上,对负载电流主要谐波（该文主要指5次、7次谐波）单独提取与控制,而对其余次谐波采用一个常规电流PI控制器控制。该设计方法,增大了系统对主要谐波分量的跟踪增益,提高了APF对谐波的补偿率,实现了控制系统更好的频率响应。将该方法应用于实验室制作的一台30kVA并联型APF实验装置,可将电流总谐波畸变率（total harmonic distortion,THD）fl：l23．21％补偿为3．75％。仿真与实验结果证明了以上结论。     

中压大容量电流质量调节装置的复合控制方法

由于功率器件耐压水平和载流能力的限制,传统有源电力滤波器难以实现对高压大容量非线性负载的谐波补偿。为此研究一种新型的适应于中压电网的电流质量调节器。基于该电流质量调节器拓扑结构的特点,提出一种复合控制方法。该控制方法采用瞬时值反馈PI控制和重复控制相结合的方式,利用PI控制器控制低频功率模块,提高整个装置的动态响应速度,利用重复控制器控制高频功率模块,来消除电流跟踪误差。仿真结果表明这种控制策略的正确性和有效性。     

三相并联型有源电力滤波器补偿电流性能分析与改进

三相有源电力滤波器通常用来补偿非线性负载所引起的谐波和无功电流。在有源电力滤波装置中，其补偿性能的好坏，很大程度上取决于控制器的设计。但由于非理想因素的影响，例如输出电流环路带宽有限、检测电路的延时、指令电流的产生等，都会影响补偿效果，而传统的PI控制由于带宽有限不能实现无静差输出。为了提高三相并联型有源电力滤波器的补偿性能，该文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PI控制和重复控制并联结构的电流控制方法，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控制保证有源电力滤波器的动态性能。实验结果和理论分析充分证明了所提并联结构电流控制器的可行性。     

基于双环控制器的电容分裂式三相四线制DSTATCOM控制方法

针对不对称负载无功补偿装置电容分裂式三相四线制DSTATCOM补偿精度问题,建立了分析模型,针对传统PI控制器对于周期性信号跟踪较差的问题,提出了基于双环控制器的电容分裂式三相四线制DSTATCOM控制方法。该方法将能够对指令快速响应的PI控制器与能够对周期性信号高精度控制的重复控制器相结合,构成双环控制器,并将其应用到DSTATCOM内环电流跟踪环节。对该控制器的设计进行了详细分析以及仿真与实验验证,结果表明采用所提出的双环控制方法,可以在保证响应速度的同时提高电流跟踪精度,实现电容分裂式三相四线制DSTATCOM对不对称负载的无功补偿功能,降低装置输出电流及畸变率,提高DSTATCOM并网电流质量,补偿效果较传统PI控制方法大幅提高。     

分数阶PIλ控制的双闭环有源电力滤波器

有源电流滤波器(APF)是电网中谐波抑制的一个重要装置,针对传统PI控制器性能上的不足,提出分数阶PIλ的设计思路及方法,系统采用电流内环、电压外环的双闭环解耦直接电流控制策略,双环分数阶PIλ参数采用相位及幅值裕度法整定。仿真结果表明:基于分数阶控制器的APF有更好的动、静态性能和更强的鲁棒性,滤波效果也大为提高。在负载突变的情况下与整数阶系统对比,分数阶的PIλ可以更好的实现内环电流跟踪性和外环电压的稳定性。     

神经网络自适应PI控制器在有源滤波器中的应用

针对有源电力滤波器的电流跟踪控制问题,设计一种神经网络自适应PI控制器。该控制器将神经网络技术和PI控制器设计方法相结合,控制器采用PI控制器结构,具有结构简单、计算时间短、易于实现等优点。同时利用神经网络技术,使其输出作为最优控制规律下的PI控制器的参数值,并根据误差大小对控制器参数进行在线实时自适应整定,从而满足大工况、全工作条件和最优性的要求。仿真实验表明,神经网络自适应PI控制器较一般的PI控制器有更快的响应速度和更高的补偿精度,而且经过神经网络自适应PI控制器作用后,其电网电流的谐波畸变率和电流跟踪误差均降低到PI控制器的55%左右。     

高补偿精度并联型有源电力滤波器的控制策略

并联型有源电力滤波器能有效地抑制电网中的谐波电流,而其补偿精度取决于电流环控制器的设计。由于电流环参考和反馈电流由许多次谐波叠加而成且传统的比例积分控制器(PI控制器)带宽有限,因此控制器不能实现无静差输出。为此首先分析了传统单PI控制器在大容量有源电力滤波器应用中的局限性。然后提出了一种以T型滤波器(LCL滤波器)为控制对象的PI内环,重复控制器外环构成的双环复合控制策略用来改善输出电流波形,并给出了详细的设计方法和稳定性分析。该控制器对奇次、偶次谐波电流以及不平衡负载条件下的负序谐波电流均具有很高的补偿精度,且易于实现。仿真和实验结果证明了复合电流控制器在大容量有源电力滤波器应用中的有效性。     

并联型有源电力滤波器的复合电流控制方法

针对非线性负荷对电网电能质量的影响,研究一种并联型有源电力滤波器拓扑结构。根据此拓扑结构,建立其在三相静止坐标系下和两相同步旋转坐标系下的数学模型,推导模型的传递函数,设计基于PI控制的电流控制器。通过分析PI控制器在有源电力滤波器电流跟踪控制中存在的局限性,提出将PI控制与重复控制并联的复合控制策略,以改善系统的稳态性能。通过实验对所提出的控制方法进行研究,结果表明该复合控制方法具有很高的稳态补偿精度,能够有效地抑制由非线性负载引起的谐波电流,大大改善电网电流波形。     

基于李雅普诺夫函数的并联型混合有源电力滤波器非线性控制方法

针对有源电力滤波器电流谐波分量检测复杂、非线性负载变化时电源电流畸变的问题,提出基于李雅普诺夫函数的并联型混合有源电力滤波器(SHAPF)非线性控制方法。在建立SHAPF仿射非线性模型的基础上,设计电压-电流双闭环控制回路。从稳定性角度出发,针对内环电流环提出基于Lyapunov函数的非线性控制策略,实现无功补偿电流的解耦控制,快速跟踪谐波参考电流,并以增强系统抗干扰性能为优化目标,求取控制器最优增益,确保线路参数发生摄动或负载需求发生阶跃变化时,系统仍能稳定运行。外环电压环采用滑模非线性控制方法,保持电容电压平稳,实现负载突变时的动态调节。应用Matlab/Simulink软件进行仿真分析,并基于d SPACE实验平台验证所提出控制策略的可行性和有效性。仿真和实验结果表明:基于Lyapunov函数的非线性控制方法具有简单易行、稳定性高、鲁棒性强的特点。     

单调谐并联混合有源电力滤波器控制策略研究

针对单调谐并联混合有源电力滤波器的补偿精确度受控制系统带宽严重制约的问题,提出一种同时反馈电网电流和五次谐波电流的双闭环控制策略,并对其直流侧稳压控制器进行详细的分析和设计.根据单调谐并联混合有源滤波器的电路拓扑结构,推导系统在旋转坐标系下的小信号模型及其传递函数,分别设计电网电流控制器,五次谐波电流控制器和电压环控制器.对采用所提出的控制策略的有源滤波器进行仿真研究并制作实验样机.仿真和实验结果表明,该控制策略具有很高的稳态补偿精确度和动态响应速度,易于数字实现,且由于只需要检测两路电网电流,节省了装置成本.     

Application of the modified IDA‐PBC for shunt active power filters control

The design of a passivity‐based nonlinear controller for a shunt active power filter to be used for the compensation of harmonic currents consumed by nonlinear loads is presented in this paper. The main objective of designed controller is to inject the necessary compensation current into the system so that the grid current is sinusoidal and balanced, regardless of whether the grid voltage is unbalanced and/or distorted. The references for the compensation currents are obtained from applying the pq theory. The controller is designed on the basis of a modified interconnection and damping assignment technique, which allows solving a tracking control problem. An integral action controller is added to the proposed controller using the same design technique, in order to eliminate the errors produced by parameter variations or uncertainties. The behavior of the proposed control strategy is validated through simulation using a realistic model, which includes converter switching and losses, grid distortion, and parameter variations. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

新型混合有源电力滤波器的特性分析和控制方法

本文针对某变电站35kV高压侧存在谐波超标、无功不足的情况,研究了一种适用于高电压等级的大功率双谐振注入式混合有源电力滤波器。在分析了其拓扑结构的基础上,讨论了该滤波器的滤波性能特性、双谐振注入支路的无功补偿特性和其分压分流特性。为了增强整个系统的稳定性,提出了谐波电流双闭环控制策略,内环以逆变器输出电流为控制目标采用传统PI控制器;外环以电网谐波电流为控制目标,针对外环控制目标为非直流量的特性,提出了基于改进PSO-BP神经网络的递推积分PI控制方法,使用改进的PSO-BP神经网络来调整控制器的比例、积分系数,具有很好的稳态和动态性能。实例分析验证了本文研究内容的有效性和正确性。     

有源电力滤波器的双环软启动控制分析研究

针对并联型有源电力滤波器(APF)投入电网时,启动时的直流侧电容电压,补偿端电流冲击问题,提出了双闭环的软启动的控制策略。其中在电压外环采用一种直流侧输出电压偏差平方值的模糊-PI的新型PI控制方法,以更加精确地平稳缓冲启动电容电压。而在电流内环采用比例谐振(PR)控制方法,且运用了一种改进的谐波检测方法。最后在软件MATLAB中进行了仿真验证,且将该方法在60 kVA的实验样机上测试了可行性。通过与常规控制算法对比,说明该方法在APF启动并网时,在其抑制冲击电压和冲击电流端起到了良好的控制效果,具有良好的工程应用价值前景。     

基于单片机的1kW多级型光伏逆变器的研究

研究了1 kW多级型光伏逆变电源。前级使用Buck电路来实现最大功率跟踪（MPPT）;中间推挽电路采用SG3525来控制。针对传统的单电压控制的逆变电源在非线性负载时,输出波形畸变严重、谐波含量大的缺点,提出逆变部分电容电压、电容电流双闭环控制策略,利用单片机实现了数字PI控制。试验验证了多级型光伏逆变器的实用性。     

基于无源控制的并网逆变器特定次谐波电流抑制方法

分布式新能源发电多并接于较弱的配电网,该地区电网电压谐波含量大。受电网电压谐波与开关特性的影响,并网逆变器的电流容易发生畸变现象,影响系统稳定性。为此,文中针对三相并网逆变器提出一种基于无源控制的特定次谐波电流抑制方法。首先建立三相并网逆变器的欧拉-拉格朗日(Euler-Lagrange, EL)数学模型,并设计电流环无源控制器;然后结合多重参考系(multiple reference frame, MRF)方法引入误差电压补偿环路,对谐波电流进行独立控制;最后搭建系统仿真模型,并与传统比例积分(proportional integral, PI)控制和无源控制进行对比仿真研究。仿真结果表明,所提控制方法在具有无源控制优点的同时能够有效抑制三相并网逆变器的谐波电流,提高并网电流的电能质量,降低滤波器的设计要求,提高并网逆变器的弱电网适应能力。     

LC串联式脉宽调制整流器及其电流迭代控制方法

针对非线性负载引起的无功功率和谐波电流问题,研究了一种电感—电容(LC)串联式脉宽调制(PWM)整流器及其电流迭代学习控制方法,使三相PWM整流系统不仅能够整流输出能量供给负载,而且能补偿非线性负载产生的无功功率和谐波电流,实现PWM整流功能和功率补偿功能的有效集成。该整流器采用一种LC串联滤波,使电容承担大部分电网基波电压,整流器可直接连接电网,降低装置成本。为克服LC串联式滤波器的电容惯性阻尼作用,采用一种迭代学习算法的电流无差拍控制,并结合输出电流前馈控制和反馈控制的特性,有效提高控制系统的响应速度和控制精度,并推导了算法收敛的条件。仿真和实验结果证明了所提结构和控制方法的正确性和有效性。     

并联有源电力滤波器典型重复控制策略的分析与改进

目前并联有源电力滤波器采用的典型重复控制通常由PI控制与重复控制并联构成,存在中频段开环增益不足的缺点,且PI控制器同时存在于前向通道与反馈通道中,动态补偿效果不佳。提出了改进的重复控制策略,利用PI控制构成电流内环,对控制对象的中低频段特性进行校正,提高控制系统鲁棒性。利用前向通道中的重复控制器提供对谐波信号的高增益,提高了有源电力滤波器的中频段带宽。同时利用参考电流信号前馈至PI控制电流内环,充分保证控制系统的动态性能。仿真和实验结果验证了所提出控制策略的正确性和有效性。     

五电平MMC-UPQC的无源控制

分析五电平模块化多电平变换器-统一电能质量调节器(MMC-UPQC)的主电路拓扑和工作原理,建立其在dq0坐标系下的数学模型及EL模型。为加快误差能量收敛,采用阻尼注入方法设计电流内环无源控制器,确保MMC-UPQC的稳定性;通过电压外环PI控制器获得内环期望电流,消除静态误差。所提出的无源控制实现了对有功和无功的解耦控制,使系统具有良好的动静态性能。在负序二倍频坐标变换下采用相间解耦控制抑制环流,减少开关损耗;采用基于Park变换的电压电流补偿量提取方法,无需锁相环,提高补偿精度。最后在Matlab/Simulink搭建五电平MMC-UPQC仿真模型,仿真结果表明能够较准确地补偿不平衡、谐波电压以及无功、谐波电流,证明了无源控制的可行性。