三电平APF谐波电流及中点电位平衡控制

针对三电平有源电力滤波器,提出一种基于带柔化输入的模型预测控制方法用于谐波补偿。同时,为避免直流侧中点电位的波动和偏移问题给系统稳定性带来的不利影响,采用基于平衡因子和简化SVPWM算法的中点电位平衡控制策略。模型预测控制方法根据实际有源电力滤波器控制系统设计电流预测模型,同时将预测输出与实际输出的偏差及时反馈,结合滚动优化,使有源电力滤波器的补偿电流快速跟踪参考值。直流侧母线电压控制采用简化三电平SVPWM算法,简化了算法同时保证了中点电位平衡。建立了APF预测电流控制的等效模型,并进行了仿真验证。所提方法有效柔化电流输入从而减小超调,较传统预测控制方法更为稳定,减少了谐波含量和改善了补偿精度,并保证了直流母线电压的稳定和中点电位快速平衡。仿真结果验证了所提控制策略的有效性与可行性。     

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。     

并联型有源电力滤波器电源电流控制方法研究

有源电力滤波器(active power filter,APF)是一种动态抑制谐波和无功的电力电子装置,以并联型有源电力滤波器为研究对象,从APF补偿电流的控制和直流侧电容电压角度出发,分析了电源电流控制方式,实现补偿电流的检测及双闭环反馈控制,提高系统的补偿精确度和动态响应性能。另外,直流侧电压的指令值都是根据电网电压的工作范围、APF的直流侧电容、额定输出电流、PWM逆变器输出侧电感、电流电压调节器以及调制策略等参数设计的,在考虑直流侧电压与APF功率损耗和补偿性能关系的基础上,提出了采用下垂调节器设计逆变器直流侧电压的控制参考值,使其兼顾APF的功率损耗及补偿性能综合平衡的优点。仿真结果验证了该APF控制系统的正确性和有效性。     

预测控制三电平并联型有源电力滤波器系统

针对三电平并联型有源电力滤波器数控系统存在采样、计算等引起的固有延时及直流侧电压存在波动问题,提出了一种将直流侧电压模糊PI自整定控制、谐波电流预测控制和三电平电压空间矢量脉宽调制算法相结合的基于三电平SAPF数字模型等双闭环控制方案。仿真试验验证了该系统具有良好的谐波补偿性能和应用价值。     

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。     

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.     

预测电流控制在三电平三相四桥臂有源电力滤波器中的应用

分析三电平三相四桥臂有源电力滤波器(APF)的主电路拓扑结构。在建立数学模型的基础上,提出了应用预测电流控制策略对其进行控制,利用当前采样时刻的状态信息,预测下一个采样周期补偿电流,并计算确定三电平四桥臂APF各开关器件的开通/关断脉冲产生所需的补偿电流,达到跟踪指令电流的目的。仿真结果表明,采用该控制策略可有效补偿系统的三相谐波电流和中线电流,并能很好控制直流侧两电容电压的平衡,在三相四线制系统中具有良好的应用前景。     

多电平APF特定次谐波与预测电流控制策略研究

有源电力滤波器(APF)的动静态性能,与谐波补偿控制策略有密切联系。为了提高APF的补偿性能,此处提出一种特定次谐波控制策略与预测电流控制策略相结合的多电平APF控制策略。其中,特定次谐波控制策略主要补偿谐波含量较大的低频特定次谐波,并实现单次谐波补偿;预测电流控制补偿其余谐波及补偿不平衡电流。基于特定次谐波与预测电流的多电平APF控制策略小功率实验结果表明特定次谐波控制策略和预测电流控制策略可显著降低补偿后的网侧电流谐波畸变率,并可补偿不平衡电流。     

有源电力滤波器谐波及无功电流检测的不必要性(一)

从并联型有源电力滤波器(APF)直流侧电容电压以及APF电流的双闭环控制角度出发,分析和探讨了谐波及无功电流检测对APF补偿精度的影响.结果表明谐波及无功检测信号只不过是电容电压闭环系统中的一个前馈补偿信号,其存在不但不能提高反而影响谐波及无功的稳态和动态补偿精度.通过进一步研究和比较负载电流突变时APF补偿电流的跟随性能,得知谐波及无功检测信号对提高APF跟随负载有功电流分量突变能力的作用也十分有限,因此认为经典APF的谐波及无功检测是不必要的.     

带中点电位平衡控制的VIENNA整流器简化SVPWM双闭环控制

针对三电平VIENNA整流器存在的固有中点电压波动和传统SVPWM(空间矢量脉宽调制)计算繁琐的不足,将直流侧中点电压偏差引入到电压定向电流解耦闭环控制中,通过调节指令电流的直流偏移量实现直流侧中点电压平衡控制,并探索了一种基于两电平空间矢量平面的三电平SVPWM简化算法。结合等效电路分析了整流器工作原理,并给出了简化SVPWM占空比和中性点补偿系数选取依据。最后搭建了一台实验样机,实验结果验证了该方案的可行性和正确性。     

采用CDSC滤波实现网侧有功电流前馈的APF无谐波检测控制

用无谐波检测法控制有源电力滤波器(active power filter,APF)省去了谐波检测环节,减少了计算量,但传统的无谐波检测法存在APF直流电压随负荷变化而波动严重的缺点。为此,该文基于对传统无谐波检测法直流电压波动机理的分析,提出利用网侧正序有功电流前馈来提高无谐波检测法下APF直流电压的动态响应特性,从而抑制直流电压波动的改进方案。为简化该方案在静止坐标系下的实现,选用并设计了级联延迟信号对消(cascaded delayed signal cancellation,CDSC)滤波器来获取基波正序电流信号。由于稳态的网侧电流与电压相位相同,据此设计了有功逼近算法代替传统有功电流计算方法。仿真和实验验证了改进方案的有效性。与传统无谐波检测法相比,改进方案加快了直流电压恢复速度,提高了负荷电流波动时直流电压稳定性,降低了APF损耗和网侧电流不平衡度。     

中压级联APF直流侧电压平衡控制策略

基于H桥级联多电平APF是目前中压领域治理谐波和补偿无功的最佳方案之一,而如何保持直流侧电压平衡的问题却成为其应用在中压场合的一个难点。为此,该文建立了中压级联APF的数学模型和详细推导了他的波动过程,并提出了一种分层控制电压均衡的新方法。上层稳压控制通过结合改进的ip-iq算法,并根据自适应PI参数实时地调节有功电流指令,进而稳定输出各相总电压的平衡;下层均压控制则在主调制波基础上补偿一个基于标幺化电流的调制波微调量,从而实现每相各单元电压均衡。同时该装置不仅提高了谐波电流检测精度和响应速度,且较好地实现了APF电流跟踪和无功补偿的目的。最后仿真和实验结果表明该控制方法可有效地应用于中压APF领域。     

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。     

有源电力滤波器的高阶微分反馈控制

针对并联型有源电力滤波器(APF)的直流侧电压波动对谐波电流补偿影响的问题,研究利用高阶微分器(HOD)构成高阶微分反馈控制器(HODFC)替代传统PI控制器,对并联型APF直流侧电压进行控制。通过HOD可以高品质地提取输入信号和输出信号以及其一阶微分和二阶微分,结合一定的控制律实现对APF的HODFC控制。仿真结果表明该控制策略具有可行性,与传统PI控制比较,具有良好的静态和动态性能,可使并联型APF直流侧电压在不到1/2个电源周期中就达到稳定,同时电流畸变率从24.49%降到2.31%,能显著改善电网质量。     

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。     

三相直流侧APF补偿性能的频域研究

三相整流桥装置产生的电力谐波具有谐波含量大,谐波频谱分布宽的特点。直流侧有源电力滤波器是针对整流桥装置提出的谐波治理方案。本文从频域角度对三相直流侧APF的补偿性能进行研究,定量分析了电流环带宽与谐波补偿效果的关系。并与传统交流侧APF进行了对比分析,在对相同的整流桥负载进行谐波补偿时,三相直流侧APF的补偿性能明显优于交流侧APF。最后采用平均电流控制策略,完成了三相直流侧APF的设计,并通过实验结果验证了理论分析的正确性     

一种改进的单周控制直流侧有源电力滤波器及其稳态和动态研究

文中提出了一种改进的单周控制直流侧有源电力滤波器(DC侧APF)。这种DC侧APF并联在整流桥的直流侧，提供负载需要的谐波电流，使电源电流成为与电源电压同频同相的正弦电流。与传统的单相有源电力滤波器(APF)相比，在不增加开关电压电流应力的情况下，功率开关的数量减少一半，简化了电路结构，降低成本。与传统的两级功率因数校正电路相比，新DC侧APF由于与负载并联，只提供谐波电流，所需处理的功率小、效率更高。新DC侧APF采用改进的单周控制方式，具有结构简单，控制效果好的优点。文中对改进前后2种控制方式的DC侧APF的稳态和动态性能进行了分析，结果表明，改进的控制方式不仅改善了补偿效果，而且扩展了系统的稳定区域。仿真和实验结果证实了理论分析的正确性。     

电压分层控制的H桥级联有源滤波器研究

为了研究应用于中高压领域的有源电力滤波器(APF),建立了3级H桥级联APF数学模型,采用载波相移调制技术将装置的等效开关频率提高6倍,基于瞬时无功功率理论提取谐波及无功电流,采用三角载波比较法跟踪指令电流,直流侧电压采用分层控制来实现稳压和均压。仿真结果表明,H桥级联APF能够快速精确地检测出谐波及无功电流,在器件开关频率1.05 k Hz下补偿谐波及无功电流,将电网相电流THD由27.66%降至1.24%,同时维持直流侧电压的稳定和均衡,使电压误差率不超过2%。系统能在1个电网周期内响应负载的动态变化,从而验证了方案的可行性。     

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.     

单相并联电压型有源电力滤波器及其仿真研究

以单相并联电压型有源电力滤波器(APF)为对象,对谐波及无功电流的检测和补偿电流的跟踪控制进行理论分析及仿真。单相电流首先经过分解,构造出两相电流或三相电流(本文构造的是两相电流),再根据瞬时无功功率理论ip-iq检测法检测出谐波及无功电流,将其作为指令电流,用电流滞环跟踪控制方法控制逆变器,使其输出与指令电流相等的补偿电流,从而使APF实现消除谐波和提高功率因数的功能。电压环的控制保证了逆变器直流侧电压的恒定。仿真结果验证了理论分析的正确性。