有源电力滤波器的一种新型复合控制方法的研究

钱叶册，时国平，张勋友，孙　佐

有源电力滤波器的一种新型复合控制方法的研究

钱叶册，时国平，张勋友，孙佐

（池州学院机电工程学院，安徽池州247000）

针对有源电力滤波器控制系统的模糊自适应PI控制和重复控制各自的优缺点，提出了一种将模糊自适应PI控制和重复控制结合在一起的新型复合控制方法，在该控制方法中，重复控制是用来保证系统的静态精度，而模糊自适应PI控制则提高了系统的动态性能。在详细分析系统工作原理的基础上，利用matlab仿真和实验验证了该控制系统的可行性。

模糊自适应PI控制；重复控制；复合控制

DOI：10.13420/j.cnki.jczu.2015.06.013

当今我国电网中的负载状况日益复杂，这对治理电网谐波的设备要求越来越高，特别是对控制要求更高的有源电力滤波器，其目前的控制方式还是很难尽满意。因此，针对有源电力滤波器系统提出一种合适的控制方法，对治理电网的谐波污染具有很重要的现实意义［1-2］。

1　有源电力滤波器的控制系统

针对上述这些控制方法的特点，本文提出了一种有源电力滤波器的新型复合控制方法，在该复合控制方法中，充分利用重复控制和模糊自适应PI控制的优点，使系统具有良好的静态和动态性能。即：利用重复控制的优点来确保系统的静态精度要求，再利用模糊自适应PI控制的优点来保证系统的动态性能［3］。其控制原理图如图1所示。

1.1重复控制器

由图1所示，重复控制器是由滤波器Q（z）、补偿器C（z）和延时环节组成。其内膜是由Q（z）和构成，传递函数为：

式（1）中e（z）是输入r与输出y之间偏差。重复控制器实时检测出输入r和输出y之间偏差e，通过内模对该偏差进行积分，在延时环节作用下，控制器根据内模积分得到的结果，在下一个周期输出ur，以减小偏差e。补偿器c（z）是校正控制对象P（z）的幅值和相位［4］。

1.2模糊自适应PI控制器

表1　Kp控制规则表

表2　Ki控制规则表

由复合控制原理图所知，模糊自适应PI控制器的输入量为误差e和误差变化率ec，其输出量为比例参数Kp和积分参数Ki。控制器在线不间断检测两个输入量，依照事先设定好的模糊规则进行模糊推理，利用推理的结果在线不断调整输出的PI参数，使控制器可以根据不同的输入量能输出合理的比例参数Kp和积分参数Ki，保证整体复合控制系统的动态性能达到要求［5］。Kp、Ki两个参数模糊控制规则如表1和表2所示。

控制系统根据Kp、Ki两个参数的模糊控制规则表，对输入量e和ec作模糊化处理后进行模糊推理，再对其结果进行处理，同时对系统输出量Kp和Ki进行在线模糊自调整，自调整的公式如下：

2　系统仿真分析

现利用Matlab软件模拟有源电力滤波器投入前后供电系统谐波和无功变化的情况。假设系统刚开始运行正常，在0.14s时，向电网中注入当前电网电压幅值0.2倍的150HZ正序电压和当前电网电压幅值0.1倍的250HZ零序电压，有源电力滤波器投入前后供电系统谐波和无功对比情况如图2所示。

图2　电网电压畸变情况下波形图

由图2（a）电网电压波形可知：在系统运行到0.14s时，由于注入了不同次电压谐波，系统电压波形由原来的标准正弦波变为三相不对称的畸变波形。由图2（b）补偿后电网侧电流波形可知：在系统运行到0.14s时，投入电力滤波器装置进行滤波，系统经过约1个周期的调整后，系统靠近电网侧的电流谐波和无功得到较好的抑制，电流波形对称平滑。仿真表明前文所提到的有源电力滤波器装置系统具有较好的抑制谐波和无功功能［7］。

3　实验结果分析

根据图1的系统复合控制原理图，搭建了一台有源电力滤波器实验装置，装置的滤波电感设为0.5mH，装置直流侧的电容是由3个5800uF电容串接而成，耐压值为600V。该实验装置进行现场投入前后所检测的电压和电流的波形如图3所示。

图3实验波形图

图3（a）为装置投入前所检测的电网a相电压和电流波形，电流明显滞后电压一定的相位，且有一定的谐波。图3（b）为装置投入前所检测的电网a相电压和电流波形，电压和电流保持同相位，电流波形平滑，谐波被滤去。比较可知，投入装置后，电力系统的无功得到较好的补偿，谐波也得到较好抑制。

4　结论

本文针对当前有源电力滤波器控制方法的一些优缺点，提出了一种新型复合控制方法应用于有源电力滤波器控制系统中，仿真和实验验证了该控制方法具有良好的可行性。

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［责任编辑：桂传友］

TD611

A

1674-1102（2015）06-0039-02

2015-10-14

池州学院自然科学科研项目（2015ZRZ003）；安徽省质量工程项目（2014zy077）；池州学院研究中心项目（XKY201514）。

钱叶册（1972-），男，安徽枞阳人，池州学院机电工程学院讲师，硕士，主要研究方向为电力电子技术。