有源電力濾波器的一種新型復合控制方法的研究

錢葉冊，時國平，張勛友，孫　佐

有源電力濾波器的一種新型復合控制方法的研究

錢葉冊，時國平，張勛友，孫佐

（池州學院機電工程學院，安徽池州247000）

針對有源電力濾波器控制系統(tǒng)的模糊自適應PI控制和重復控制各自的優(yōu)缺點，提出了一種將模糊自適應PI控制和重復控制結合在一起的新型復合控制方法，在該控制方法中，重復控制是用來保證系統(tǒng)的靜態(tài)精度，而模糊自適應PI控制則提高了系統(tǒng)的動態(tài)性能。在詳細分析系統(tǒng)工作原理的基礎上，利用matlab仿真和實驗驗證了該控制系統(tǒng)的可行性。

模糊自適應PI控制；重復控制；復合控制

DOI：10.13420/j.cnki.jczu.2015.06.013

當今我國電網中的負載狀況日益復雜，這對治理電網諧波的設備要求越來越高，特別是對控制要求更高的有源電力濾波器，其目前的控制方式還是很難盡滿意。因此，針對有源電力濾波器系統(tǒng)提出一種合適的控制方法，對治理電網的諧波污染具有很重要的現(xiàn)實意義［1-2］。

1　有源電力濾波器的控制系統(tǒng)

針對上述這些控制方法的特點，本文提出了一種有源電力濾波器的新型復合控制方法，在該復合控制方法中，充分利用重復控制和模糊自適應PI控制的優(yōu)點，使系統(tǒng)具有良好的靜態(tài)和動態(tài)性能。即：利用重復控制的優(yōu)點來確保系統(tǒng)的靜態(tài)精度要求，再利用模糊自適應PI控制的優(yōu)點來保證系統(tǒng)的動態(tài)性能［3］。其控制原理圖如圖1所示。

1.1重復控制器

由圖1所示，重復控制器是由濾波器Q（z）、補償器C（z）和延時環(huán)節(jié)組成。其內膜是由Q（z）和構成，傳遞函數(shù)為：

式（1）中e（z）是輸入r與輸出y之間偏差。重復控制器實時檢測出輸入r和輸出y之間偏差e，通過內模對該偏差進行積分，在延時環(huán)節(jié)作用下，控制器根據(jù)內模積分得到的結果，在下一個周期輸出ur，以減小偏差e。補償器c（z）是校正控制對象P（z）的幅值和相位［4］。

1.2模糊自適應PI控制器

表1　Kp控制規(guī)則表

表2　Ki控制規(guī)則表

由復合控制原理圖所知，模糊自適應PI控制器的輸入量為誤差e和誤差變化率ec，其輸出量為比例參數(shù)Kp和積分參數(shù)Ki。控制器在線不間斷檢測兩個輸入量，依照事先設定好的模糊規(guī)則進行模糊推理，利用推理的結果在線不斷調整輸出的PI參數(shù)，使控制器可以根據(jù)不同的輸入量能輸出合理的比例參數(shù)Kp和積分參數(shù)Ki，保證整體復合控制系統(tǒng)的動態(tài)性能達到要求［5］。Kp、Ki兩個參數(shù)模糊控制規(guī)則如表1和表2所示。

控制系統(tǒng)根據(jù)Kp、Ki兩個參數(shù)的模糊控制規(guī)則表，對輸入量e和ec作模糊化處理后進行模糊推理，再對其結果進行處理，同時對系統(tǒng)輸出量Kp和Ki進行在線模糊自調整，自調整的公式如下：

2　系統(tǒng)仿真分析

現(xiàn)利用Matlab軟件模擬有源電力濾波器投入前后供電系統(tǒng)諧波和無功變化的情況。假設系統(tǒng)剛開始運行正常，在0.14s時，向電網中注入當前電網電壓幅值0.2倍的150HZ正序電壓和當前電網電壓幅值0.1倍的250HZ零序電壓，有源電力濾波器投入前后供電系統(tǒng)諧波和無功對比情況如圖2所示。

圖2　電網電壓畸變情況下波形圖

由圖2（a）電網電壓波形可知：在系統(tǒng)運行到0.14s時，由于注入了不同次電壓諧波，系統(tǒng)電壓波形由原來的標準正弦波變?yōu)槿嗖粚ΨQ的畸變波形。由圖2（b）補償后電網側電流波形可知：在系統(tǒng)運行到0.14s時，投入電力濾波器裝置進行濾波，系統(tǒng)經過約1個周期的調整后，系統(tǒng)靠近電網側的電流諧波和無功得到較好的抑制，電流波形對稱平滑。仿真表明前文所提到的有源電力濾波器裝置系統(tǒng)具有較好的抑制諧波和無功功能［7］。

3　實驗結果分析

根據(jù)圖1的系統(tǒng)復合控制原理圖，搭建了一臺有源電力濾波器實驗裝置，裝置的濾波電感設為0.5mH，裝置直流側的電容是由3個5800uF電容串接而成，耐壓值為600V。該實驗裝置進行現(xiàn)場投入前后所檢測的電壓和電流的波形如圖3所示。

圖3實驗波形圖

圖3（a）為裝置投入前所檢測的電網a相電壓和電流波形，電流明顯滯后電壓一定的相位，且有一定的諧波。圖3（b）為裝置投入前所檢測的電網a相電壓和電流波形，電壓和電流保持同相位，電流波形平滑，諧波被濾去。比較可知，投入裝置后，電力系統(tǒng)的無功得到較好的補償，諧波也得到較好抑制。

4　結論

本文針對當前有源電力濾波器控制方法的一些優(yōu)缺點，提出了一種新型復合控制方法應用于有源電力濾波器控制系統(tǒng)中，仿真和實驗驗證了該控制方法具有良好的可行性。

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［責任編輯：桂傳友］

TD611

A

1674-1102（2015）06-0039-02

2015-10-14

池州學院自然科學科研項目（2015ZRZ003）；安徽省質量工程項目（2014zy077）；池州學院研究中心項目（XKY201514）。

錢葉冊（1972-），男，安徽樅陽人，池州學院機電工程學院講師，碩士，主要研究方向為電力電子技術。