基于复矢量PI+多谐振的三电平APF控制技术研究

并联有源电力滤波器(APF)被广泛用于配电网的电能治理。通过分析三相四线制三电平并联APF的电路结构和d,q,0坐标系下数学模型,以高精度基波电流和谐波电流控制为目标,给出复矢量比例积分(CVPI)+多谐振的电流控制方法。基波电流控制环路采用CVPI控制器,以零极点对消原则进行控制器设计,以完成d,q轴电流解耦的同时,实现电流环路的降阶。为了实现谐波电流高精度补偿,在基波控制环路的基础上,引入带相位补偿的多谐振控制,并给出各谐振控制器的一般设计方法。最后,进行了控制系统的实验验证,实验结果证明了所提控制方案在APF应用中的有效性。     

四桥臂有源滤波器在静止坐标系下的改进PR控制

有源电力滤波器(active power filter,APF)电流环控制要求补偿电流无误差地跟踪给定信号,传统的dq坐标系下P I控制很难消除稳态误差。采用并联的比例谐振(proportional resonant,PR)控制器,对不同频率的正弦分量进行跟踪控制,实现零稳态误差跟踪。针对电网频率波动和三相不平衡问题,在坐标系下采用改进PR控制器实现电流跟踪控制。在详细分析PR控制器各参数对性能指标影响的基础上,总结参数的调试方法,并给出控制器离散化方法。通过仿真与实验对所提控制策略进行验证,APF投入后,电网电流畸变率下降,中线电流有效值减小,负载和频率波动时仍有较好的补偿效果。该结果表明,所提的改进PR控制策略可以有效地抑制谐波,较好地解决三相不平衡问题,对负载突变和频率波动均有良好的适应性。     

多同步旋转坐标系下指定次谐波电流控制

为提高有源电力滤波器(active power filter,APF)的补偿性能和动态响应,提出一种基于多同步旋转坐标的谐波电流控制策略,采用通过与某指定次正序或负序谐波角速度同步的旋转坐标变换,将该指定次谐波变为直流量,实现指定次谐波的检测和PI控制,从而实现对某指定次谐波电流的无静差补偿。完整的谐波电流控制器由多个独立不同角速度的谐波电流控制器叠加组成。建立了APF在谐波旋转坐标系下的数学模型,提出一种简单的电流耦合解耦策略。对指定次谐波电流控制器进行分析,从理论上证明了与传统的电流环控制方法相比,指定次谐波控制可提高补偿精度,并利用零极点对消方法对控制器参数进行了设计。实验结果验证了所提控制策略的优越性。     

混合型APF的选择性谐波补偿控制策略研究

混合有源电力滤波器(HAPF)将有源电力滤波器(APF)和无源滤波器相结合,既能弥补无源滤波器的缺点,又能有效降低APF的容量,在工程实际中具有很强的实用性.针对一种单调谐HAPF,分析了其拓扑结构,推导得到了α,β坐标系下的电流控制模型;提出了一种基于负载电流检测方式的选择性谐波补偿控制策略,电流控制环节采用多个矢量谐振控制器并联同时实现了指令次谐波提取和谐波跟踪.最后搭建了实验平台进行实验,结果证明了所提控制策略的有效性.     

基于VPI控制器选择性谐波电流控制策略

为提高有源电力滤波器(APF)的补偿性能,提出一种基于同步旋转坐标系的矢量比例积分(VPI)控制器的电流控制策略。在旋转坐标系下,对指定次谐波分别设置对应的VPI控制器,利用其无穷大开环增益和频率选择特性,实现谐波电流的无静差和选择性跟踪补偿。通过对VPI控制器在谐波频率点处的频谱分析,论证了VPI控制器在谐波补偿中对谐波电流的优良控制性能。实验结果验证了所提出控制策略的有效性。     

适用于二极管钳位型三电平有源滤波器的母线电压数字控制方法

传统两电平有源电力滤波器(active power filter, APF)由干功率开关耐压水平和载流能力的限制,难以实现对高压大容量非线性负载的谐波补偿。在高压大容量系统中,二极管钳位型三电平变换器得到了广泛的应用。对三电平APF进行研究,提出一种母线电压闭环数字控制策略。在同步旋转dq坐标系下,将三电平APF母线电压控制系统分为电压外环和电流内环2部分。在电压外环中,采用自适应滤波器求出直流侧电压平均值,采用PI控制器产生有功指令电流维持直流侧电压恒定。在电流内环中,针对三电平APF直流侧中点电位不平衡问题,从空间矢量PWM调制方法的角度出发,对中点平衡问题进行仔细研究,提出一种简单的中点电压平衡控制策略,只需检测各相电流和中点电压波动的方向,对小矢量进行取舍实现APF中点电位平衡控制。实验结果表明了所提出算法的正确性和有效性。     

三相PWM变换器相位补偿谐振控制策略

针对线性相位补偿重复控制不能对每一个谐波频率实现精确的超前相位补偿以及多谐振控制容易失稳问题,提出相位补偿谐振控制策略。借助于重复控制的相位补偿原理,阐明谐振控制的相位补偿原理,给出谐振控制系统和谐振控制环的稳定条件。所提出的控制策略能使谐振控制器对闭环系统在谐波频率处提供所需要的补偿相位,进而提高多谐振控制系统的稳定范围和跟踪精确度。提供一个三相PWM逆变器的应用实例验证所提方案的有效性。实验结果表明,采用所提出的控制方案控制的三相PWM逆变器,即使在整流器负载下和高次谐波谐振控制器嵌入的情况下,仍具有收敛速度快(0.15 s),控制误差小(±5 V(峰值)),鲁棒性好,能有效抑制输出电压中的特定次谐波。     

单相并联型有源电力滤波器研究

针对在传统电流PI控制方式下,单相并联型APF不能充分补偿3次谐波的问题,在不影响系统控制性能及补偿效果的前提下,加入适当的比例-谐振(PR)控制器对原电流PI控制器进行改进,针对性地补偿3次谐波电流。利用LCL型滤波器的优越性在APF的交流侧替代了L型滤波器与电网相连;采用了适用于单相电路的SDFT谐波电流检测方法,从负载电流中提取基波和3次谐波;针对3次谐波电流进行了PR控制器设计,并分析了改进后整个电流闭环系统的控制性能。最后通过Matlab/Simulink验证了改进后控制方法的可行性。     

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。     

带LCL滤波的基于状态空间控制的有源滤波器

并联有源电力滤波器(SAPF)是一个典型的电流跟踪控制系统。在APF系统中引入LCL型输出滤波器对开关谐波有良好的衰减效果,但易发生谐振。本文探索了一种对补偿电流的快速跟踪及抑制谐振问题的新型控制方法。在同步旋转坐标系下进行复数形式下建立状态空间模型,可使有功无功解耦控制,且可直接分离获得谐波电流,实现APF系统由谐波检测和补偿控制两个环节的一体化;利用观测值反馈,通过状态反馈极点的配置,来改善系统的动态响应和稳定性,实现抑制谐振及减少阻尼损耗。在控制器设计中还综合了母线电压稳定和电网电压前馈环节。最后给出一些仿真结果,验证了该设计的有效性。     

基于UPFC对微电网不平衡电压的治理

针对微电网公共连接点（PCC）三相电压不平衡的问题,本文提出一种在公共连接点接入统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC),通过向输电线路中注入负序电压来治理微电网PCC三相不平衡电压的控制策略。首先,分析了UPFC的工作原理。其次,提出了功率解耦控制方法,建立了UPFC在正、负序同步旋转坐标系下的换流器控制模型,分别设计了串、并联侧换流器的控制策略,实现输电线路中有功功率和无功功率的独立控制,同时,在微电网三相不平衡情况下,获得输电线路中的负序电压并进行补偿。最后,在MATLAB/Simulink中建立了仿真模型,对提出的补偿控制策略进行了仿真分析。仿真结果证明：所提出的补偿控制能有效地治理输电线路的三相不平衡,实现微电网PCC的三相电压平衡。     

基于无谐波检测控制的三相四线制APF的研究

针对三相四线制低压配电网中存在的谐波污染严重、中性线电流较大的问题,提出了一种基于无谐波检测的三相四线制有源电力滤波器(Active Power Filter,简称APF)控制策略。建立了电容中点型三相四线制APF的数学模型,并给出了其中电感、电容主要参数的设计方法。在对比分析谐波检测和无谐波检测控制方法的基础上,选取了更有优势的无谐波检测控制策略,并针对系统中存在的负序以及零序电流分量分别设计了比例谐振(Proportional Resonant,简称PR)控制器。通过Matlab/Simulink软件搭建了三相四线制APF的仿真模型,并对谐波补偿和抑制中性线电流进行了仿真测试,效果显著。最后,以某公司的TMS320F28377为控制器单元核心搭建了实验平台,证实了所提控制策略的可行性。     

新型牵引供电系统直流侧二次波动分析与抑制

为解决传统牵引供电系统中存在的电能质量和过分相问题,介绍了一种基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电系统(MMC-MTDC)的新型牵引供电系统。分析了新型牵引供电系统中出现的直流电压、电流二倍频波动问题,主要有两方面原因:一是受端单相H桥型模块化多电平换流器(SPH-MMC)正常工作时内部环流将流入直流侧引起直流电压、电流二倍频波动;二是送端三相MMC因电网电压不平衡时桥臂中存在的零序电压分量造成直流电压、电流二倍频波动。为此,对于SPHMMC基于准比例谐振控制器和二阶广义积分器设计环流抑制控制器;对于三相MMC设计无需锁相环和无需电流正、负序分解的电网不对称故障控制器,利用电压补偿技术设计直流侧二倍频波动抑制器。最后,以三端单相-三相MMC-MTDC仿真模型为例验证该文的分析结果和所提出的控制策略。     

负载不对称H桥级联APF直流电压平衡控制

H桥级联型有源电力滤波器(APF)在高压场合的谐波处理方面具有广阔的应用前景。三相三线制系统下负载不对称时,APF输出的基波电压和电流产生不同的有功分量分配至三相,再加上H桥各个模块的差异等原因,导致直流侧电压不均衡,影响APF的正常运行。通过对级联APF功率模型的推导,控制APF输出基波正序有功电流稳定全局电压、输出基波负序电流实现三相之间电压均衡。在全局稳压和相间均压条件下,控制各H桥交流侧输出补偿有功电压矢量实现相内电压均衡,最终将每个H桥直流电压维持在给定值附近,同时APF补偿谐波电流,降低网侧电流THD。在低压条件下的仿真和实验结果验证了所用方法的可行性,为级联APF向更高电压等级场合的应用提供了基础。     

一种新颖的三相四桥臂逆变器解耦控制的建模与仿真

三相四桥臂逆变器是针对三相不平衡或非线性负载的供电提出来的。该文提出了1种采用内环空间矢量电流调节器和外环同步坐标比例积分控制器相级联的三相四桥臂逆变器的控制方案，实现了对三相四桥臂逆变器的解耦控制。建立了三相四桥臂逆变器在αβγ空间的电路模型，分析了其在αβγ空间的三维电压矢量分布并由此提出了1种采用2个三电平滞环比较器和1个两电平滞环比较器相结合的内环电流调节方案。外环采用了同步坐标电压控制器，使用1个简单的比例调节器就可实现输出电压跟踪的零稳态误差，保证了良好的稳态性能。建立了整个系统在dqo坐标系下的控制模型，实现了对d,q,o3个分量的独立解耦控制。仿真结果验证了该控制方案的正确性与可行性。     

结合虚拟阻抗的分数阶PI-准比例谐振不平衡电压控制策略

针对三相三桥臂拓扑离网逆变器电压不平衡的问题,提出一种结合虚拟阻抗的分数阶比例积分(proportional integral,PI)-准比例谐振不平衡电压控制策略.在dq旋转坐标系下,设计分数阶PI对基波正序分量跟踪控制,准比例谐振对基波负序分量跟踪控制,从而实现电压正序和负序独立控制.由于分数阶PI与准谐振控制带宽...     

基于ADALINE的有源电力滤波器预测电流控制策略

为有效补偿有源电力滤波器(APF)的控制延时,提出一种基于自适应线性神经元(ADALINE)的APF预测电流控制策略。该策略通过ADALINE预测下一控制周期的参考电流,根据两相静止坐标系下APF系统模型确定参考电压,利用空间矢量脉宽调制(SVPWM)方法,使APF输出电流快速、准确地跟踪参考电流。仿真与APF样机上的实际运行结果表明,和采用传统无预测算法的SVPWM方法相比,采用本文提出的预测电流控制策略,APF的稳态补偿精度和动态跟踪性能均明显提高。     

微电网系统中Tan-Sun坐标变换体系的应用研究

Tan-Sun坐标变换体系能够将不含有零序分量的三相不平衡交流量变换为2个正交等幅的交流量,并可通过Park变换将其变换为2个不含有二次谐波分量的直流量。基于Tan-Sun坐标变换体系所具有的上述特点,将Tan-Sun坐标变换体系应用于电网电压不平衡条件下的微电网系统中,以实现对三相PWM变换器的三相不平衡电流的直流解耦,以及三相PWM变换器数学模型的精确解耦,可避免使用谐振控制方法和相序分量提取方法,从而提高其控制灵活性和电能质量,简化其控制系统结构。最后通过仿真和实验研究验证了Tan-Sun坐标变换体系在微电网系统中应用的可行性和有效性,以及相对于正负序同步旋转坐标变换方法的优越性。     

不平衡电网电压下双馈风力发电系统的比例–积分–谐振并网控制

提出双馈发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)的比例–积分–谐振(proportional integral resonant,PIR)并网控制方法,以实现电网电压不平衡工况下 DFIG 风力发电系统的并网控制.并网控制器由同步旋转坐标系中的比例–积分控制器和谐振控制器组成,比例积分控制器控制定子 d-q轴电压的直流分量,谐振控制器控制定子 d-q 轴电压的交流分量,使其分别实现对电网 d-q 轴电压直流、交流分量的精确跟踪.该比例–积分–谐振并网控制策略具有无需采用正负序分离算法,无需设计负序控制器等优点.仿真结果表明,该并网控制策略在电网电压平衡和不平衡条件下,均可控制DFIG 定子电压实现对电网电压的精确跟踪.     

三相三线制并联型APF控制策略的改进

针对基于矢量运算的恒频积分控制三相三线制并联型有源电力滤波器,在电源电压不对称情况下存在的问题,提出了一种改进的控制策略。通过计算相电压不对称系数,对有源电力滤波器的控制方程进行修正,使系统中各相电源电流均能跟随各相电源相电压的变化,从而实现系统单位功率因数的目标。最后对该改进策略进行仿真验证。结果表明,采用该改进策略的有源电力滤波器具有良好的补偿特性,而且该控制方案简单,开关器件损耗小。