基于数字信号处理器的有源电力滤波器控制方案综述

有源电力滤波器(Active Power Filter,APF)是补偿电力系统谐波及无功功率的重要装置,其控制的实时性和准确性是实现有效补偿的一个关键.数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)是一种实时计算速度快、精度高的控制器,能满足APF各种控制方案快速响应的要求,并可有效提高控制系统的实时性和准确性.文章介绍了基于DSP的空间矢量调制、滞环电流控制、单周控制、滑模控制、无差拍控制、重复控制、预测控制、模糊控制以及人工神经网络控制这几种APF控制方案的基本原理,指出了它们各自的优缺点.     

电源电流控制的并联有源电力滤波器研究

介绍了并联有源电力滤波器(APF)的一种新的控制方式,即电源电流控制方式,该控制方式与传统控制方式是完全等效的.采用带有自调整因子的模糊控制规则设计了逆变器直流侧电压的模糊控制器,并将模糊控制与PI控制相结合,设计了复合控制器,使其兼具模糊控制鲁棒性强和Pl控制稳态精度高等优点.实验结果表明,新的控制系统完全能够补偿谐波和无功电流,并且具有电压超调量小、电流冲击小等优点.     

有源电力滤波器控制方法综述

谐波问题日益严重,有源电力滤波器(APF)是补偿电力系统谐波及无功功率的重要装置,其控制方法对其性能有很大的影响.因此,提出了许多有源电力滤波器的控制方法.简要介绍了单周控制、滞环电流控制、空间矢量调制、无差拍控制、滑模控制、重复控制、预测控制、模糊控制、自适应控制、迭代自学习控制、无源性控制、人工神经网络控制在APF中的应用,进行对比分析,指出它们各自的优缺点及一些改进的方案,并展望了未来控制方法的发展方向.     

基于双DSP的三相四桥臂APF的研究

针对配电网三相四线制系统的谐波、零线抑制以及有源电力滤波器(APF)补偿的实时性问题,提出了双DSP控制的三相四桥臂APF方案.主电路采用三相四桥臂结构的逆变器,由其产生的补偿电流与负载的有害电流分量大小相等,方向相反,因此经该滤波器补偿后,电源电流的谐波和零线电流可得到很好的抑制.数字控制主要由两片TMS320F2812 DSP芯片完成.分别负责信号数据的采集和指令电流的运算,从而大大提高了系统的运行速度,保证了APF补偿的实时性.介绍了三相四桥臂APF的数学模型、工作原理、检测和控制方式,并对系统的硬件构成和软件主程序流程作了阐述,最后通过实验验证了该方案的可行性.     

二极管钳位型多电平有源电力滤波器的仿真

由于功率器件耐压水平的限制,传统的2电平拓扑结构有源电力滤波器(APF)难以实现对高压非线性负载的谐波补偿.文中采用二极管钳位型多电平变换器,提出了其作为APF运行的方案.对该APF进行了理论分析,提出一种基于重复预测型观测器的无差拍控制方案.该方案采用重复预测型观测器,对指令谐波电流进行预测,可在相同的采样频率下提供更精确的谐波电流预测值,因而可以改善整个系统的控制效果.仿真结果表明该APF适用于高电压及大容量谐波补偿.     

dSPACE控制的三相四线有源电力滤波器

采用基于dSPACE控制的三相四线有源电力滤波器实现电网谐波的集中抑制方案.提出基于dSPACE的实时仿真,实现对有源电力滤波器(APF)的电流电压采样,补偿电流基准的检测计算,以及高性能的恒频滞环电流控制和直流侧电压的PI稳压调节,提高APF控制算法以及参数调试的效率.基于MATLAB的仿真和基于dSPACE的实验结果证明,采用新型检测算法和控制的三相四线有源滤波器能对电网电流进行集中净化,具有良好的补偿效果,证实了基于dSPACE控制的APF的可行性和正确性.     

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。     

并联型有源电力滤波器限流补偿策略研究

分析了系统突变情况时并联型有源电力滤波器(APF)发生过流的状况,从参考电流角度提出了截断限流和比例限流2种控制策略。前者将原参考补偿电流作比较限幅处理,得到新的参考电流;后者比较上周期参考补偿电流及APF最大允许补偿电流,得到一比例系数,参考该系数,得到本周期内新的参考电流。这2种方案都只对参考电流进行处理,控制实现简单,能充分利用APF的补偿能力,使小容量APF可安全运行于大谐波容量的系统中。就实现的复杂性、安全性及补偿效果而言,前者优于后者。最后,通过仿真研究验证了2种方案的可靠性和有效性。     

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。     

级联型有源电力滤波器控制技术研究

在高压大容量场合,传统的级联型有源电力滤波器(APF)需要对谐波和无功电流进行检测,算法复杂,且检测精度影响APF的电流补偿效果.提出一种直接电流控制(DCC)和倍频载波相移SPWM(FDCPS-SP-WM)相结合的级联型APF控制技术,具有易于实现、谐波补偿效果好等优点.首先构建了直流侧电压、网侧电流双闭环控制方案;然后对双闭环控制系统的具体实现进行了分析;最后通过一台1kV·A,10 kHz两H桥级联APF的原理样机进行了实验验证.     

新型模糊反馈电流检测有源滤波器研究

针对大功率晶闸管电压调节器在移相调压过程中产生的谐波电流,提出适合于就地补偿的新型模糊反馈电流检测有源电力滤波器方案,有效解决补偿电流的检测以及有源滤波器的非线性控制问题.对移相调压产生的谐波及三相有源电力滤波器进行电路模型分析,采用Takagi-Sugeno模糊反馈控制方法直接检测电网电流,基于并行分布补偿的方法设计...     

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。     

基于直接功率控制的并联有源电力滤波器

三相三线并联有源电力滤波器能够实时的补偿谐波电流和无功电流.目前,并联有源电力滤波器的补偿原理大多是补偿电流跟踪检测出的参考谐波电流.在分析以往的补偿原理之后,提出了把检测出的谐波功率作为参考功率信号,然后,采用直接功率控制方法,设计有源电力滤波器的控制器,使滤波器的输出的谐波功率跟踪参考功率,从而达到消除谐波的目的.仿真试验结果表明,采用这种控制策略设计出的有源电力滤波器具有良好的谐波补偿效果.     

一种新型有源滤波器谐波提取方法和控制策略

提出并实现了一种能在电网电压存在畸变和不对称条件下准确提取电网中谐波和无功电流的检测方法。从矢量分析角度出发,通过对三相电网电压和电流矢量在dp坐标系下进行投影变换,实现谐波和无功电流的提取。补偿电流采用预测电流控制,获得了较好的补偿特性和控制精度。对5kVA有源滤波器和150kVA混合滤波器的实验结果验证了所提出方法的可行性和正确性。     

三相有源电力滤波器控制方法的研究

基于单周控制的三相有源电力滤波器(APF)虽不需谐波检测电路,电路相对简单,但只能同时补偿谐波和无功电流,且要求电源电压无畸变,故有局限性。为此将ip-iq谐波检测法和单周控制方法相结合,利用ip-iq法检测负载电流的谐波和无功分量,以单周控制作为电流跟踪控制方式,推出单周控制方程,基于此的建模和仿真研究结果表明:APF可灵活地补偿非线性负载的谐波和无功电流,且补偿效果良好,有一定可行性。     

Suppression of parallel resonance and mitigation of harmonic distortion through shunt active power compensation

In this contribution a solution to the parallel resonance problem that can be present in practical applications of shunt Active Power Filter (APF) compensation is proposed. The proposed solution involves turning the shunt APF scheme of compensation into a Shunt Hybrid Filter (SHF) configuration. A Linear Quadratic Regulator (LQR)-based switching controller was specifically designed for this hybrid scheme of compensation, maintaining stringent performance requirements on the tracking of filtering currents and the draining of the harmonic ripple currents. Results obtained with Matlab/Simulink® illustrate an effective and sound system of compensation which also reduces the necessary KVA rating of the APF.     

有源电力滤波器两种补偿目标的分析和比较

在有源电力滤波器(APF)中，被广泛应用的有2种类型的补偿目标：一种是将非线性负载的馈线电流补偿为基波(正序)有功电流，另一种是将非线性负载补偿为一个等效线性电阻。采用不同的补偿目标，其APF补偿效果以及对电网的影响也不相同。该文从谐波传递的角度，分析比较了在2种补偿目标下的补偿特性对电网中谐波传递的影响。结果表明：无论在抑制电网谐波电压对负载的影响方面，还是在抑制谐波电流对电网的污染方面，采用后一种补偿目标的效果都要优于前一种补偿目标。仿真和实验验证了结论的正确性。上述结论对三相不平衡系统负序分量传递的影响也同样适合。     

Optimization‐based method for shunt hybrid filter compensation in non‐stiff systems

In this contribution, a steady‐state approach for determining the optimal size and control of a shunt hybrid filter (SHF), to control harmonic current mitigation and to provide reactive power compensation, is proposed. The SHF topology is formed by a shunt active power filter (APF) and a shunt capacitor. The APF current injections are determined from the solution of a nonlinear programming problem formulated to meet permissible operation limits, with an optimal APF size. The formulation and control theory for the SHF is developed in the abc reference frame. An important practical aspect such as the application of SHF compensation in non‐stiff systems is included in the analysis and solution of the nonlinear programming problem, as well as in the current control technique, maintaining stringent performance requirements on the tracking of the filtering currents, by allowing the use of the shunt capacitor also as a filter for draining the ripple current inherent to the APF injection currents. Results obtained with matlab /Simulink (MathWorks, Inc., Natick, MA, USA) show that the proposed theory and the control of the optimal SHF compensation constitute an effective system to compensate reactive power and to control harmonic distortion under selected/permissible limits with an optimal APF injection current reducing the APF size. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

单周控制三电平单相有源电力滤波器的仿真研究

提出一种单周控制的三电平单相有源电力滤波器.它提高了系统承受的电压和功率等级,减小了功率器件承受的电压应力,控制器结构简单,具有控制精度高,补偿效果好的特点.适合于大功率高电压场合,易于推广到工业应用.在建立数学模型器基础上进行了仿真研究,仿真结果证明其具有很好的动静态补偿性能,能有效地补偿系统谐波,提高输电线功率因数和传输效率.