基于 ZPETC与重复控制的三相四桥臂有源电力滤波器控制策略研究

毛涛　左小琼　贾建平

摘 要：针对有源电力滤波器现有电流环控制结构复杂、带宽有限的问题，本文提出了基于 ZPETC与重复控制的高精度电流环控制策略。利用带惯性的微分环节对控制对象的幅频特性进行校正，利用重复控制高增益的特点设计电流闭环，提高了系统鲁棒性。将重复控制与 ZPETC相结合，确保了整个中低频段较大的开环增益，提高了有源电力滤波器的补偿带宽。同时利用参考电流信号前馈到 ZPETC，解决了重复控制动态响应速度慢的问题。本文提出的电流环控制策略补偿精度高，响应速度快。仿真结果验证了所提出控制策略的正确

性和有效性。关键词：ZPETC；重复控制；开环增益；三相四桥臂并联有源电力滤波器

1 引 言

由于电力电子装置和非线性负载的大量应用，三相四线制配电系统中的谐波污染和中线过流等问题日益严重。三相四桥臂并联有源电力滤波器（ APF）可直接对中线电流进行控制，同时具有良好的谐波和中线电流补偿能力，是解决三相四线制系统谐波问题的重要技术手段之一 [1-2]。

在并联有源电力滤波器中谐波电流跟踪控制的动态响应速度与稳态跟踪精度都会影响补偿效果，因此更优动态和稳态性能的电流环设计依然是并联有源电力滤波器的研究重点与难点 [3]。

常规的 PI控制器对直流输入信号的带宽是无限的。但是对于有源电力滤波器而言其参考电流信号由很多次谐波叠加而成，要有效跟踪控制这些谐波， PI调节器的带宽远远不够 [4-5]，即使增大 P参数加大带宽，效果也十分有限，并且还可能导致系统不稳定。

文献 [6-7]提出了多同步旋转坐标系下指定次谐波电流控制，将各次谐波电流信号转化为多同步旋转坐标系下的直流信号进行 PI控制，但是多同步旋转坐标系变换程序繁琐，且只能针对指定次谐波进行控制，效果不佳。文献 [3， 8-10]提出了重复控制与 PI控制并联的复合式电流环结构，可以在重复控制器参数的整定受到 PI控制器与逆变器输出阻抗参数的影响，并且最终的重复控制器参数范围随着频率变化，高精度的电流环参数整定复杂。

本文在重复控制基础上提出了利用带有惯性的微分环节对控制对象幅频特性进行校正，将控制对象的低频段特性校正为 0dB， 0°，构成零相位跟踪控制器（zero phase error

tracking control，ZPETC），前向通道上的重复控制器对谐波信号提供高增益，从而构成高稳态精度的电流环。同时利用参考电流信号前馈到 ZPETC，充分保证控制系统的动态性能。

2 三相四桥臂有源电力滤波器拓扑结构

图中 ea、eb、ec分别为系统三相电压， Ls为系统等效电感， L1为 LCL滤波器的逆变器侧滤波电感， L2为其网侧滤波电感， C为滤波电图 11为 APF补偿过程中负载突变到一半功率时的负载与系统电流波形。在突变后的第一个工频周期内系统电流仍然存在畸变，主要是因为负载电流突变后的第一个工频周期内重复控制基本不起作用，主要靠参考电流信号 i2x*前馈到 ZPETC进行快速响应，其中的微分环节引入了超调的尖峰。一个工频周期后重复控制开始产生补偿效果，系统电流逐渐趋于正弦。整个动态过程仅需两个系统工频周期，动态响应特性良好。

5 结束语

本文提出利用带有惯性的微分环节对控制对象幅频特性进行校正，将控制对象的低频段特性校正为 0dB，0°，构成零相位跟踪控制器（ zero phase error tracking control， ZPETC），从而确保 APF系统补偿的中低频段带宽范围内级联的 ZPETC与重复控制器均具有较大的开环增益，从而构成高稳态精度的 APF电流环。同时利用参考电流信号前馈到

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