一种基于无差拍外环控制的串联型APF有限集模型预测控制策略研究

串联型有源电力滤波器（series active power filter, SAPF）作为一种串接于电网和负载之间实现快速补偿系统电压的电力电子装置,是解决配电网电压质量问题的理想设备。该文以两电平SAPF为研究对象,提出一种基于无差拍外环控制的有限集模型预测控制（finite control set model predictive control, FCS-MPC）策略。首先在传统双闭环控制基础上,引入FCS-MPC控制策略,在dq坐标系下建立系统离散预测模型,分析系统延时及其补偿,实现滚动优化控制,替代了传统电流环并省略调制环节,降低控制算法的复杂度;在此基础上,为避免交叉解耦环节和控制器参数整定,在[αβ]坐标系下对逆变器出口参考电流的获取进行改进,根据数学模型,利用无差拍控制替代传统电压外环,减少了坐标变换,进一步简化控制结构;最后通过Matlab/Simulink和Typhoon HIL 402半实物平台,对所提控制策略与传统电压电流双闭环控制策略进行仿真对比与实物验证。结果表明,针对电网电压暂升、暂降以及谐波的工况,所提控制策略均具有良好的电压补偿效果,能有效降低电压的谐波畸变率。     

基于滑模观测器的三电平风力发电并网逆变器无差拍优化模型预测控制

针对中点钳位型(NPC)三电平并网逆变器系统,提出了一种基于滑模观测器的无差拍可优化有限控制集模型预测控制策略。为了降低电网电流谐波量及有功和无功功率的独立控制,采用了基于幂次函数的滑模观测器,实现对电网电压和耦合项进行实时性观测;以滑模观测器为基础,结合空间电压矢量位置信息,提出了基于电流无差拍的优化有限控制集模型预测控制,减少了控制计算量;通过基于中点不平衡电压补偿的性能代价目标函数,提高了控制系统的性能。仿真结果表明了该控制策略的可靠性和有效性。     

并网变流器有限控制集模型预测控制

为了提高带LCL滤波器的并网变流器的控制性能,设计了一种新型的有限控制集模型预测控制(FCSMPC)策略。交直流变流器采用LCL滤波器接入电网时可带来诸多优点,但也存在电网电流谐振,以及控制复杂度增加的问题。新方案通过将主动阻尼算法融合进FCSMPC控制器中可消除电网电流低次谐波,并降低对电网电压失真的敏感度。使用并网变流器实验平台进行新控制策略的稳态和瞬态测试,以及电网电压扰动下的测试。实验结果表明,所开发的新型控制方案能在电网电压失真条件下降低电网电流谐波含量,并具有较好的动态性能和鲁棒性。     

电容中点式三相四线制SAPF混合无源非线性控制策略

电容中点式三相四线制并联型有源滤波器(SAPF)相比于三相三线制SAPF,附加了零序电流通路,因而可在电网平衡/不平衡时补偿非线性负荷产生的各次谐波、零序及无功电流。利用SAPF的无源性对其进行非线性的无源控制(PBC)可取得较常规的线性和非线性控制器更好的补偿效果,且在电网不平衡时无需检测和处理谐波电流的正负序分量。文中提出了一种电容中点式三相四线制SAPF的混合无源控制策略。首先,根据被控对象SAPF在dq0坐标系下的EulerLagrange数学模型分析其无源性,并计算得到了能使被控量收敛至期望值的SAPF内环电流无源控制规律;然后,采用阻尼注入法对其进行简化,得到能使内环补偿电流完全解耦的新的无源控制规律,提高系统的动态性能;接着,根据直流侧总电压和差压与补偿电流存在紧密联系,设计了基于2阶低通滤波器控制的SAPF外环电压控制器;最后,通过Simulink软件仿真和实验验证了将文中混合PBC用于SAPF控制的可行性和优越性,相比于传统的比例—积分控制,所提出的控制方法有更快的响应速度和更好的补偿效果。     

三电平有源滤波器无差拍控制系统

为解决三电平并联型有源滤波器(SAPF)因采样、计算、滤波等原因造成的电流跟踪延时,提出了一种基于简化空间矢量脉宽调制(SVPWM)三电平SAPF无差拍控制策略。建立了二三电平SAPF数学模型,阐述了无差拍控制的原理,并推导了无差拍控制模型。采用抛物线预测算法进行谐波预测,采用简化三电平SVPWM算法进行PWM脉冲调制,并通过浮点型数字处理器DSP实现。仿真试验结果表明,系统具有很好的滤波效果和良好的应用前景。     

基于灰色预测理论的并联型混合电力有源滤波器研究

并联型混合有源滤波器应用于电力系统可以动态抑制电网谐波,但由于有源滤波器控制延时影响而无法进行完全电流补偿.提出采用灰色模型来实现无时延预测控制,并将其应用于并联型混合有源滤波器有效补偿非线性负载中的谐波电流.文中具体分析了并联型混合电力有源滤波器的谐波检测原理、灰色预测控制策略及PWM滞环比较控制策略,在EMTDC平台建立基于灰色预测控制策略的并联型混合有源滤波器仿真模型进行测试,仿真结果表明采用灰色预测控制策略的并联型混合有源滤波器有较好的谐波抑制和无功补偿的性能.     

基于无差拍控制的有源电力滤波器直接电流控制研究

提出一种基于无差拍控制的有源电力滤波器网侧电流直接控制方法。与传统网侧电流控制法相比,该方法的无差拍电流控制策略在αβ坐标系中实现,抑制了由dq变换引入的严重耦合;引入负载电流基波分量作为网侧电流的给定值,增强了系统的动态响应;对负载电流和电网电压进行前馈补偿,进一步提高了系统的补偿精度。仿真结果表明:改进方法比传统控制法具有更优越的动态性能,且可以实现APF对负载电流谐波分量和无功分量的选择性补偿。     

基于灰色预测理论的并联型混合电力有源滤波器研究

并联型混合有源滤波器应用于电力系统可以动态抑制电网谐波,但由于有源滤波器控制延时影响而无法进行完全电流补偿。提出采用灰色模型来实现无时延预测控制,并将其应用于并联型混合有源滤波器有效补偿非线性负载中的谐波电流。文中具体分析了并联型混合电力有源滤波器的谐波检测原理、灰色预测控制策略及PWM滞环比较控制策略,在EMTDC平台建立基于灰色预测控制策略的并联型混合有源滤波器仿真模型进行测试,仿真结果表明采用灰色预测控制策略的并联型混合有源滤波器有较好的谐波抑制和无功补偿的性能。     

一种用于电压源型非线性负载谐波补偿的新型SAPF控制策略

并联型有源电力滤波器(Shunt Active Power Filter,SAPF)在补偿电压源型非线性负载时,存在负载谐波电流放大效应,且谐波补偿效果较差。针对上述问题,提出一种应用于电压型谐波源的新型SAPF控制策略。该策略采用负载谐波电流与公共连接点(PCC)谐波电压共同控制SAPF输出谐波补偿电流。理论分析和实验结果表明,所提新型S A P F控制方法,能够有效抑制负载谐波电流放大,改善SAPF对电源型非线性负载的补偿效果。     

基于空间矢量的有源电力滤波器预测电压控制策略

从矢量的角度出发,将三相电网电压与电流矢量在旋转坐标系下进行投影变换,实现了谐波与无功电流的同时提取。进一步提出一种具有无差拍控制特性的有源电力滤波器空间矢量控制策略,实现了有源电力滤波器的预测控制和谐波与无功电流的精确补偿。利用MATLAB对所提出的控制策略进行仿真验证,并研制了5 kVA实验样机进行了实验研究。仿真与实验结果验证了此方法的正确性与有效性。     

三相并网逆变器模型预测控制研究

三相并网逆变器是连接新能源系统与电网之间的重要环节，针对传统电压电流双闭环并网控制中由于比例积分（Proportionl Integral,PI）调节器饱和造成的稳态性能较差和控制精度不足的问题，采用模型预测控制器代替传统的PI控制器，提出一种三相并网逆变器的模型预测控制策略。建立三相逆变器在两相静止坐标系下的数学模型，分析模型预测的控制过程并对目标函数进行优化，增加逆变器的限流环节。建立离散动态电流方程，对下一时刻的电流值进行预测，根据目标函数最小原则选择最优的空间电压矢量，将其对应的开关状态作用于逆变器实现并网控制。利用MATLAB/Simulink进行仿真分析，验证了模型预测控制策略的可行性，该控制策略提高了并网过程的稳态性能，有效减小了并网电流的谐波畸变。     

基于虚阻尼控制的T-SAPF滤波系统谐振抑制研究

为了降低整流桥、变频器等强非线性负载向电网引入的谐波污染,提出一种由并联型有源电力滤波器(SAPF)与晶闸管投切滤波器(TSF)构成的T-SAPF混合滤波系统。针对TSF可能与电网发生并联谐振的问题,在对谐振机理进行分析的基础上,提出一种可以抑制系统并联谐振的SAPF虚阻尼控制策略,将自调谐滤波算法应用于阻尼电流指令的提取,并根据三个约束条件来界定阻尼系数的有效值域。仿真结果表明,该虚阻尼控制策略能够有效抑制系统的并联谐振,降低谐振时PCC电压的畸变程度,同时保证谐波电流的补偿效果。     

基于电流电压内在关系的SAPF的SVPWM控制 算法的研究及稳定性分析

为了提高并联型有源电力滤波器(Shunt Active Power Filter,SAPF)的电流跟踪性能,提出一种基于SVPWM的并联型有源电力滤波器的电流跟踪控制算法。由于SAPF参考指令是电流值,而SVPWM参考指令是电压值,因此根据电流电压内在关系将SVPWM控制算法与SAPF的参考指令电流相结合,通过改变SVPWM调制方式减少功率器件的开关次数,从而降低功率器件的开关损耗,提高控制性能。并且通过构造Lyapunov函数,对SVPWM控制的SAPF的稳定性进行了分析。仿真和实验结果证明该算法简单,可以很好地跟踪指令电流,能实现对SAPF的实时控制,并且具有非常好的谐波补偿效果。SAPF在负载扰动下的补偿效果证明了关于SVPWM控制的SAPF的稳定性分析的正确性。     

一种新型三相电压型PWM整流器无差拍预测直接功率控制

传统三相电压型PWM整流器无差拍预测直接功率控制在理想电网下具有网侧电流谐波含量低、瞬时功率脉动小和开关频率固定等优点。但三相电网不平衡时,如果仍然采用传统控制策略,将导致网侧电流谐波含量高、瞬时功率脉动大。为此,采用新型瞬时功率定义,提出一种新型无差拍预测控制策略。新型控制策略以消除瞬时有功功率中二倍频分量为控制目标,结合PWM整流器的功率控制模型,获取下一周期电压矢量参考值,并利用空间矢量脉宽调制来生成该矢量。此外,引入了准积分反馈校正环节,在每个周期对新型瞬时功率的预测给定值进行修正。仿真和实验结果表明,新型控制策略能有效抑制电流谐波分量以及瞬时功率脉动,实现电网平衡和不平衡下的正常工作。     

低电压穿越条件光伏逆变器模型预测控制研究

低电压穿越条件下要求光伏逆变器能够正常并网,传统并网控制方法难以满足快速性以及低谐波、低漏电流要求。为此,提出一种改进型有限集模型预测控制方法,实现低电压穿越条件下电流快速跟踪控制和漏电流抑制。首先建立电网不平衡条件下准确模型,然后提出改进型有限集模型预测控制,实现并网电流谐波和漏电流的抑制。提出方法能够同时实现漏电流、谐波抑制以及低电压穿越情况电流快速跟踪。仿真结果验证了所提出的算法正确性。     

级联型SVG的无差拍频率自适应快速重复控制

为了提高级联H桥静止无功发生器(SVG)的动、静态性能,对电流预测算法和控制算法进行了设计。首先在d,q轴下建立了H桥级联型SVG的无差拍数学模型,针对补偿电流滞后预测电流两拍的问题,提前两拍进行补偿电流预测。为了减少补偿电流的稳态误差和传统重复控制的延迟,提出一种无差拍频率自适应快速重复控制算法。无差拍频率自适应快速重复控制既适用于N/2为整数,也适用于N/2为小数的情况,避免电网频率波动对控制造成的影响。然后在Matlab平台搭建了仿真模型并进行系统仿真,最后搭建了样机平台并对普通无差拍重复控制和所设计控制算法下补偿电流的波形进行了对比。仿真和实验结果均验证了所提算法的可行性和有效性。     

有源滤波器就近补偿对邻近负载的影响

为保证系统安全运行,主要研究了并联型电力有源滤波器(Shunt Active Power Filter,SAPF)就近补偿对同一配电网系统中邻近负载影响的问题。采用等效电路的方法研究了各种非线性负载组合情况下,SAPF就近补偿投入前后邻近负载谐波电流的变化,并对谐波电流进行了公式推导。研究发现,SAPF在就近补偿时,系统有发生谐振以及邻近负载的谐波电流有发生放大的可能;在此基础上,从系统结构和控制策略两方面采用不同的措施来抑制谐波放大与避免谐振的发生。最后,在Simulink中搭建基于PI调节的指定次谐波无静差控制的SAPF仿真模型与实验,验证了上述分析的正确性。     

并联有源滤波器的自调节灰色预测控制

并联有源滤波器应用于电力系统可有效抑制电网谐波。为准确的跟踪和预报谐波电流,提出一种自调节灰色预测控制算法,通过采用灰色模型实现超前控制,并用综合误差代替传统反馈控制方法中的实际误差,使控制器对系统响应具有适应性。对并联型电力有源滤波器的谐波检测原理、自调节灰色预测控制策略进行了分析,在MATLAB平台上建立仿真模型进行测试。仿真结果表明采用自调节灰色预测控制的并联有源滤波器可获得较好的谐波补偿效果,直流侧电压稳定性增强。     

T型三电平APF电流跟踪控制策略研究

有源电力滤波器(APF)可有效消除电网谐波,三电平更适合高压大功率场合,T型三电平结构可有效降低设备成本和功率损耗。在建立T型三电平APF数学模型的基础上,对滑模控制和无差拍控制2种电流控制策略进行分析,推导了相应的控制方程。利用Matlab/Simulink搭建仿真模型,对比不同电流跟踪控制策略的补偿效果;仿真和实验结果验证了这2种电流控制策略均可有效实现谐波补偿,滑模控制鲁棒性更好,无差拍控制的响应速度快、总谐波畸变率(THD)更小且抑制谐波效果更好。     

基于无差拍控制前馈的快速谐波电流复合控制策略

针对传统闭环控制在面向非线性冲击负荷谐波源时,存在动态响应慢的问题,提出了一种改进的快速谐波电流控制策略。该方法将基于电流预测的无差拍控制器嵌入比例谐振控制,结合无差拍控制和比例谐振控制优势,弥补传统闭环控制响应速度慢的固有缺陷,实现谐波电流快速精确跟踪。本文首先介绍三相三线制有源电力滤波器的连续时间数学模型,并通过后向差分的方法推导出相应离散化数学模型,得到应用于前馈的电流预测控制算法。在此基础之上,分析了基于无差拍控制前馈的快速谐波电流复合控制的设计过程。最后,通过仿真对所提控制策略进行分析,验证了所提方法的有效性和优越性。