有源电力滤波器预测电流控制及稳定性分析

为补偿有源电力滤波器的控制延时,提出了一种基于横向滤波器的参考电流预测算法。该算法采用基于Widrow-Hoff学习算法的横向滤波器预测下一控制周期参考电流,结合空间矢量脉宽调制方法,实现APF预测电流控制。本文建立了预测电流控制的APF系统等效结构,将稳定性分析分解为电流预测算法稳定性和SVPWM稳定性两部分。通过Lyapunov函数分析参考电流预测算法的稳定性,根据SVPWM调制的APF闭环传递函数分析SVPWM部分的稳定性。APF的长期稳定运行结果证明了预测电流控制的有效性及APF稳定性分析的正确性。     

并联有源滤波器两步预测控制方法研究

针对并联有源滤波器(APF)一步预测控制方法存在的补偿误差较大等问题,在详细分析数字控制方式下APF电流跟踪特性的基础上,提出了一种两步预测控制方法,该方法通过对参考电流在当前采样时刻准确预测出下两个采样时刻的数据来建立APF的参考电流轨迹,以此为基础推导了APF补偿电流对参考电流轨迹跟踪的最优控制律;针对补偿电流变化率较大时刻的跟踪问题,在两步预测控制的基础上结合基于重复控制的反馈校正来减小补偿的稳态误差。理论分析表明,与一步预测控制方法相比,两步预测控制方法能进一步有效减小APF补偿的误差。仿真和实验结果验证了所提出控制方法的有效性。     

基于预测控制的有源电力滤波器选择性谐波补偿方法

提出一种基于预测控制的并联型有源电力滤波器(active power filter,APF)选择性谐波补偿方法。首先通过选择性谐波检测方法确定有源电力滤波器的参考电流值,并通过相位补偿降低系统延时的影响;然后在电流跟踪控制环节中引入预测控制,预测下一采样周期的参考电流值,并加入校正因子来消除预测误差;在此基础上计算出有源电力滤波器的参考电压矢量;最后利用空间矢量脉宽调制法(space vector pulse width modulation,SVPWM)控制三相逆变器的实际输出电压跟踪参考电压,从而达到选择性谐波补偿的目的。实验结果证明了该方法的有效性。     

基于改进PI+PR控制的有源电力滤波器研究

电流跟踪控制策略是决定并联型有源电力滤波器(active power filter,APF)补偿性能的关键。针对并联APF常规电流比例积分(proportional integral,PI)控制方法对负载主要次谐波分量补偿不充分的问题,提出一种适用于APF的新型指定次谐波电流控制策略。控制策略在常规电流PI控制基础上,对负载电流主要次谐波(5、7、11、13次)进行比例谐振(proportional resonant,PR)控制,而对其余次谐波采用常规PI控制。仿真结果证明了控制方法的有效性和正确性。     

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。     

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。     

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。     

面向高波峰因数负荷电流的APF模型预测控制方法研究

二极管整流器的网侧电流呈现高波峰因数的特点,采用传统控制策略的有源滤波器(APF)的谐波补偿效果往往不佳.对此,采用模型预测控制(MPC)来补偿高波峰因数负荷谐波,并提出一种改进的双矢量定频MPC方法,提高了APF的稳态跟踪性能.搭建了相应的试验平台,试验结果验证了改进控制方法的优越性.     

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。     

一种电流跟踪误差补偿的三相有源电力滤波器的无差拍控制方法

首先介绍三相有源电力滤波器(active power filter,APF)在abc轴系下的连续时间数学模型,并采用后向差分的方法得到在??轴系下的离散化数学模型。对于电流内环,采用无差拍控制(deadbeat control,DBC)方法实现谐波电流的跟踪。为了解决DBC的延时补偿问题,采用"两步预测"的方法预测给定电流。特别地,针对待补偿电流变化显著的时间区域提出一种电流跟踪误差补偿的方法消除网侧电流的"上凸"和"下凹"的现象。同时,采用电流校正算法抑制采样误差对电流产生的影响。最后,搭建三相APF的实验平台,验证所提出控制方法的有效性。     

Analysis and effective controller design for the cascaded H‐bridge multilevel APF with adaptive signal processing algorithms

The cascaded H‐bridge (CHB) multilevel inverter is being recognized as the most suitable topology for high‐power medium‐voltage power quality conditioning applications. This paper presents mathematical modeling and effective controller design methodology for the CHB‐based active power filters (APFs), which achieves dynamic reactive power and harmonic compensation. The most crucial problems in CHB‐APF control are the simultaneous requirements of both accurate harmonic current compensation and the dc‐link voltage stabilization among the H‐bridges, which is the prerequisite for the stable operation of CHB‐APF. To achieve dc‐link stabilization, a novel voltage balancing algorithm is proposed by splitting the dc‐link voltage control task into two parts, namely, the average voltage control and the voltage balancing control, where the sine and cosine functions of the phase angle of the fundamental component of the grid voltage are used, respectively. To ensure accurate phase tracking, a novel phase‐locked loop (PLL) is proposed by using the adaptive linear neural network (ADALINE), where the grid voltage background distortion is also taken into account. The superior performance of the ADALINE‐PLL is validated by comparison with the existing PLLs in literatures. Furthermore, the proportional‐resonant (PR) controller is used for the reference current tracking. A separate ADALINE algorithm is applied for reference current generation (RCG) for the CHB‐APF. The excellent performance of the ADALINE‐based RCG scheme is verified by comparison with the existing RCG schemes, namely, the low‐pass filter approach and the single‐phase p ? qmethod. The experimental results on the three modules CHB‐APF are presented, which verifies the effectiveness of the proposed control algorithms. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于MMC拓扑的有源滤波器控制策略研究

为提高大容量有源滤波器(APF)的耐压水平和等效开关频率,提出了一种基于模块化多电平(MMC)的有源滤波器控制方法。该控制方法对APF输出的基波电流采用间接电流方式实现有功和无功的解耦控制,采用基于正序基波提取器的预测谐波电流控制实现对谐波电流的补偿,然后将间接电流方式和预测谐波电流控制方式产生的电压信号作为有APF输出电压的参考值。同时,为克服传统载波相移脉宽调制方式均压控制环节PI控制器繁多的缺点,对载波相移脉宽调制方式做了改进,采用载波相移脉宽调制和电容电压排序均压控制相结合的调制方式。通过Matlab/Simulink对其进行了仿真验证,该控制方法是正确可行的。     

基于ADALINE算法的三相并网逆变器模型预测控制

传统有限控制集模型预测控制（FCS-MPC）策略需要建立准确的数学模型,当其应用于LCL型并网逆变器时则需多个电流电压传感器,若采样数据类型过少必然会产生建模误差。针对实际应用中传感器较少引起的预测模型参数失配问题,研究了一种基于自适应线性神经元（ADALINE）算法的模型预测控制策略。该方案采用ADALINE算法用于在线更新预测模型的计算参数,提高了预测模型的参数鲁棒性。同时对控制器延时进行了补偿,提高了控制精度。仿真和实验结果表明,该方案有效减少了并网电流谐波含量,并且具有优良的瞬态性能,验证了该方案的可行性和有效性。     

三相并联型有源电力滤波器预测直接功率控制

针对传统直接功率控制开关频率不固定的问题,提出一种电网平衡条件下有源电力滤波器的预测直接功率控制策略.以有源电力滤波器交流侧输出电压为控制对象,通过一定的预测算法计算出有源电力滤波器交流侧参考输出电压,以保证瞬时功率跟踪功率参考值.利用空间矢量脉宽调制( SVPWM)方法控制有源电力滤波器的交流侧输出电压跟踪该参考电压.仿真比较分析,预测直接功率控制比传统直接功率控制具有更优越的谐波抑制效果.研制了实验样机证明了所提出的预测直接功率控制方法的正确性和可行性.     

一种简单的预测电流控制新方法

为提高有源电力滤波器(APF)的电流跟踪性能,提出一种简单的预测电流控制新方法。该方法在当前采样时刻预测下一采样时刻参考电流值,计算出APF在下一采样时刻输出端参考电压值,再利用电压空间矢量调制得出控制开关信号,以达到电流跟踪控制目的。稳态时,利用前一周期存储的参考电流历史数据预测下一采样时刻参考电流值;暂态时,利用二阶外推插值法得到下一采样时刻参考电流值。该控制方法可以消除采样、计算等带来的延时,有效降低开关频率波动范围,具有电压利用率高、开关损耗小、动态响应快的优点。仿真与实验结果证明了该方法的正确性和可行性。     

以网侧电流为补偿目标的有源电力滤波器预测电流控制

根据有源电力滤波器谐波和无功检测的不必要性的结论,提出了一种以网侧电流为直接补偿目标的APF预测电流控制新方法.首先建立了用于预测电流控制的APF离散化模型,然后根据网侧电流的下一采样时刻的预测值和目标函数挑选出下一时刻的电压矢量.该方法除了可消除采样、计算造成的延时外,还可以省略谐波检测电路及实现等效的PwM发生器,在一定程度上简化了控制电路的软硬件设计,还消除了谐波检测造成的延时,具有良好的暂态性能.仿真结果表明该预测电流控制方法具有良好的补偿性能.     

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。