基于复合模型预测控制策略的三电平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。提出一种三相静止坐标下的基于模型预测控制复合控制器,复合控制器由改进的自适应广义积分器和模型预测控制两部分组成。该复合控制策略有效地整合了预测控制和自适应广义积分器的优点,在最大限度利用模型预测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无静差跟踪控制。所提出的复合控制器与三电平电压空间矢量调相结合,能够消除单独预测控制交流变量时所存在的稳态误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,并给出了系统的参数设计和稳定性分析。最后通过实验验证了控制方法的正确性和有效性。     

基于复合控制的三电平APF的研究

有源电力滤波器(APF)的被控量为高频谐波及无功电流,传统的PI闭环控制已不能实现无静差的跟踪被控信号。为了提高APF的补偿精度及动态响应速度,引入复合控制器对APF输出电流进行控制。针对数字控制引入的延时问题,分析了延时对电流补偿效果的影响,并提出了谐波电流预测控制的解决方法。最后在对三电平APF模型分析的基础上,搭建了基于三电平空间矢量调制(SVPWM)的Matlab仿真模型,并在一台50 kVA的样机上对上述算法进行了验证。仿真分析和实验结果显示基于复合控制的电流跟踪控制相比于传统的PI控制能够有效地提高APF电流内环的稳态精度。     

基于统一坐标变换的三电平SAPF研究

传统的三电平并联型有源滤波器控制方法大都采用普通PI控制器,这种控制方法无法实现零稳态误差跟踪。在统一坐标系下推导出三电平SAPF的数学模型并且提出了基于该模型的无静差控制方法。采用电压前馈电流解耦控制策略和PI控制器,同时对自干扰和耦合干扰进行前馈控制,实现三电平SAPF谐波电流的无静差控制。最后,搭建了三电平的APF实验平台,并在平台上进行了实验验证,实验结果证明了上述方法的正确性和有效性。     

基于统一坐标变换的三电平有源电力滤波器研究

为实现有源电力滤波器电流的无静差控制,以三电平并联型有源电力滤波器(SAPF)为研究对象,将统一坐标变换(UFP-CT)应用到三电平SAPF电流控制中。详细推导出了三电平SAPF在三相静止abc、两相静止、统一坐标坐标系下的数学模型;采用常规的电压前馈电流解耦控制策略,同时对由坐标变换带来的自干扰和耦合干扰进行前馈以克服其对输出的影响,控制器采用PI控制器,即可实现谐波电流的无静差跟踪。采用Simulink进行了仿真,并和dq坐标系下控制方法进行了对比。仿真结果表明:基于统一坐标变换设计的电流控制器可以实现对谐波电流指令的无静差跟踪,且具有更优的动态特性。     

应用低次谐波无静差消除策略的三相并联型APF

基于αβ坐标系,应用变步长自适应滤波算法对非线性负载的无功电流及谐波电流进行检测.通过将各低次谐波幅值也作为权值加入至自适应迭代算法中,有效地消除了低次谐波对步长收敛值及权值收敛值的影响,保证了检测算法的稳态精度.基于PI控制器设计了比例谐振控制器的参数,将谐波检测算法获得的各次谐波指令分别通过相应的比例谐振控制器进行控制,即可实现对基波无功及25次以下各次谐波的无静差跟踪.仿真及实验结果验证了该算法及设计的有效性.     

基于LCL滤波的三电平APF研究

采用3阶LCL滤波器代替传统并联APF的纹波电感,兼顾到了低频段增益和高频段的衰减,通过理论分析,推导了适用于三电平变流器的LCL滤波器参数选择原则;针对APF补偿电流跟踪控制问题,采用改进型二阶广义积分器算法,消除了积分环节稳态误差,同时克服了电网频率小范围波动以及电压正、负、零序问题对积分器的影响.仿真和实验验证了该APF系统的正确性.     

采用占空比前馈的VIENNA整流器平均电流PR控制

针对VIENNA整流器采用传统比例积分(PI)控制器跟踪正弦电流信号存在稳态误差及比例谐振(PR)控制器输入电流过零畸变问题,提出引入占空比前馈的平均电流PR控制策略,同时为进一步减少甚至消除网侧电流谐波分量,电流内环采用了基于PR控制器的并联多次谐波补偿器。结果表明所提控制策略系统响应快速、有效实现了三相三电平VIENNA整流器输入网侧电流无静差跟踪,直流输出电压平衡度好、抗扰性能优良。     

有源滤波器控制新策略

由于有源滤波器(APF)的性能主要取决于谐波检测和电流控制两个环节,本文对这两个环节做了改进,提出了一种新的控制策略,针对ip-iq谐波电流检测法中的锁相环(PLL)易受电压波动影响,提出了基于广义积分器的相位锁定法,该方法通过提取电网三相电压的正序基波分量来锁定相位,不受电压畸变和不对称的影响。同时将PI参数自整定的广义积分器应用到电流跟踪控制中,利用其在谐振频率的无穷大开环增益实现谐波电流的无静差跟踪。Matlab/Ssimulink仿真结果表明,在电压畸变的情况下该方法可以很好地检测和补偿谐波电流。     

基于傅里叶级数的多时间尺度同步旋转坐标系电流跟踪控制方案

并联有源滤波器(APF)需要对不同频率的谐波电流实施跟踪控制,采用同一时间尺度控制很难实现对各次谐波电流的高准确度跟踪。提出一种基于APF的新型零静差电流跟踪控制算法,该算法使用基于傅里叶级(FS)数建立的多时间尺度同步旋转坐标系和比例积分运算(PI)。相对于常规的零静差控制算法,如比例谐振控制(PR),向量PI控制(VPI)等,提出的零静差电流跟踪控制算法增强了系统频率漂移适应性和抗干扰能力,尤其对高次谐波更加明显。对该控制算法的开环传递函数和闭环传递函数进行了详细分析。仿真和实验结果验证了该算法的有效性。     

有源电力滤波器指定次谐波补偿算法的改进

谐波提取算法是有源电力滤波器(APF)的关键技术之一,指令电流获取快速、精确与否将直接影响APF的性能。基于三电平APF提出了一种改进的指定次谐波补偿算法。该算法基于谐波同步旋转坐标系获取各次谐波信息,并应用重复控制并联比例积分(PI)控制器进行指定次谐波跟踪补偿。经实验验证,该算法不仅能有效补偿各次谐波电流,还能简化系统参数的设计,提高系统的稳定性。     

基于复合控制的有源电力滤波器的研究

主要介绍了一种基于d-q旋转坐标系下PI控制和重复控制结合的复合控制。PI控制不适用于具有周期性外激励信号的系统,及跟踪效果较差的系统;重复控制对周期性外激励信号的跟踪和抑制具有优异的控制性能。复合控制结合了PI控制和重复控制的优点,能够有效地消除系统的稳态误差、改善系统的鲁棒性并具有良好的动态电流响应。基于三相并联有源滤波器系统,着重研究了复合控制的设计方法,并进行了仿真验证,仿真结果表明了此方法的有效性和优异性。     

基于优化滑动傅立叶分析和广义积分的并联有源滤波器控制策略

并联有源滤波器是一种解决非线性负载引起的谐波问题的有效手段,由于其性能的好坏受谐波检测和电流控制两方面因素的影响,文中提出了一种基于优化滑动傅立叶分析的电源参考电流获取方法,该方法在电网电压畸变的情况下依然适用;同时将广义积分应用于电流控制策略中,实现了电流跟踪零稳态误差的目标;并针对广义积分控制器的数字实现、延迟补偿以及抑制饱和做了深入的分析.实验结果证明了文中所提出的控制策略的有效性和可行性.     

带LCL滤波器的APF新型预测电流控制策略

针对带LCL滤波器的有源电力滤波器APF（active power filter）的优化控制问题,设计了一种新颖的预测电流控制方案。传统的APF控制器采用多旋转坐标系变换和PI调节器实现对谐波的控制,此外还有谐振控制方案,但都存在计算负担随谐波次数增加而增大的缺点。新型预测电流控制方案结合使用了比例预测控制、积分预测控制和阻尼算法,实现了在计算量固定条件下的APF优化控制,其中积分预测控制可以补偿由参数扰动引起的模型误差。利用APF实验平台开展了动静态实验,结果验证了使用所开发的新型预测电流控制方案在稳态和负载变化的情况下均具有优良的控制性能,并能完成对高次谐波的补偿。     

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。     

基于复合控制的改进型级联STATCOM控制策略

作为当前广泛应用的无功补偿装置,静止同步补偿器(STATCOM)在进行无功补偿的同时,还可以实现对谐波及不对称分量的补偿功能。STATCOM进行多目标补偿时,比例积分(Proportion-Integral,PI)控制难以实现对谐波及不对称分量的无静差控制。为此,提出将一种改进型重复控制技术引入谐波及不对称分量的跟踪控制中,建立了基于重复控制和PI控制的复合控制器的模型,该控制器既可实现对直流信号的快速跟踪控制,又能显著加快对交流信号的响应速度。针对特征谐波的选择性补偿,采用dq坐标变换及递归傅立叶变换(DFT)相结合的电流检测方法。最后,基于多FPGA控制架构搭建了基于H桥的级联STATCOM仿真与实验平台,并通过仿真及实验来验证控制策略的合理性。     

带LCL滤波并网逆变器改进PR控制策略

针对同步旋转d-q坐标系下的矢量控制需要复杂的坐标变换,又很难消除系统稳态误差的问题。本文为并网逆变器的控制提出了一种基于两相静止坐标系下带LCL滤波的改进PR控制器的新控制策略,减少了一些复杂的旋转坐标变换,简化了控制算法。该控制策略能够实现电网电流无稳态误差跟踪交流指令信号,同时实现了静止坐标系下有功无功(PQ)的解耦控制。最后经过仿真表明,采用改进PR控制器的并网逆变器具有优良的动静态控制性能,实现了电流无稳态误差跟踪,对低次谐波以及指定次谐波具有很强的抑制能力,具有重要的实用价值。     

并联有源滤波器控制策略研究

有源滤波器(APF)是消除电网中非线性负载产生的电流谐波的有效手段,本文分别对并联APF和并联混合APF的控制策略进行了研究。针对某一类非线性负载,提出了一种在单一同步坐标系下的复合控制器,包含PI和重复控制器。该复合控制器结合了PI和重复控制器的优点,能够消除稳态误差和改善系统鲁棒性。本文详细研究了复合控制器的设计方法,对控制系统稳定性进行了分析。所提控制方法在三相并联有源滤波器系统进行了验证,实验结果证明了所提出的混合控制器具有优异的性能。将有源滤波器(APF)和无源滤波装置(PF)结合起来构成混合有源滤波器(HAPF)是当今的发展趋势,既弥补了无源滤波装置的固有缺陷,又能充分发挥有源滤波器的优势。本文对无变压器型混合并联有源滤波器的设计原则进行了研究,提出了具体的设计方法以及电感值和直流母线电压之间的关系。同时,分别给出了HAPF进行补偿负载电流谐波和阻尼电网电压谐波放大这两种不同应用时的控制策略,对其滤波和阻尼特性进行了详细的分析。为了改善HAPF性能,在控制策略中引入了广义积分控制器。实验结果证明了混合并联滤波装置的优异性能。