基于PR控制器的有源电力滤波控制方法研究

郁 菲

（北京惠通盛电力工程有限责任公司，北京100045）

0 引言

当前全球能源互联网、智能配电网快速发展，为实现对电力资源的高效利用，电力电子技术被广泛应用于各电力系统当中[1]。然而，电子元器件的广泛应用，使得电力系统受到了严重的谐波污染，不仅威胁着电力企业自身的安全运行，还在一定程度上影响着周围电气环境[2]。PR控制器是一种准比例谐振控制装置，可以实现谐波补偿，并在一定程度上增加电力系统特征谐波的等效阻抗[3]。因此，本文针对当前电力系统受到谐波污染，影响其运行功率控制等问题，开展了基于PR控制器的有源电力滤波控制方法研究。

1 有源电力滤波控制方法

1.1 基于PR控制器的有源电力滤波最大功率点跟踪

在不同的电子元器件运行环境下，其输出电压的具体数值不同。因此，在利用PR控制器对有源电力滤波进行控制时，应当先明确有源电力滤波的最大功率点，并对其进行跟踪。当控制点达到某一固定值时，PR控制器才能够在条件允许的情况下，对电子元器件在运行过程中的最大输出功率进行控制[4]。为保证对电力能源的最大化利用，并在周围不同因素影响下，找出最大功率点，本文结合PR控制器的应用优势，通过准比例法对最大功率点进行跟踪。具体跟踪步骤为：

第一步，对PR控制器电源的输入电压添加一个变化量，在输入电压不断改变的过程中，测量电源的电流和电压。

第二步，根据实际测得数据对电源的输出功率进行计算，并将新的输入值输入，重复第一步操作得到新的输出功率测量值。

第三步，将两种数值进行比对，根据对比结果完成对PR控制器的控制调节。

图1为PR控制器调节过程示意图，K为不影响PR控制器的带宽；w为截止频率；s为控制时间。

图1 PR控制器调节过程示意图

当截止频率w不断增加，PR控制器的带宽会不断增加，但K不影响PR控制器的带宽，而与PR控制器的增益呈现出正比例关系。当比例增益增加，PR控制器的增益会随之增加，以此确定PR控制器的增益数值。

1.2 控制补偿策略

PR控制器在完成对有源电力滤波最大功率点跟踪后，为进一步完善有源电力滤波控制的稳定性，还需要在补偿工程中，按照相应的补偿策略实施控制。将本文上述获取的PR控制器增益值代入到传递函数当中，其函数具体表达式f（x）为：

式中：τ为补偿电流平均滞后时间。

PR控制器的谐振频率会随着电子元器件的实际运行发生改变，因此在电网频率不断波动的情况下，仍然能够保证一定的控制效果[5]。相关人员通过将一个PR控制器与电网实际频率相关联，更新PR控制器增益数值，使电网频率始终保持在与谐振相匹配的状态下，以此达到对谐波的控制补偿，从而在兼顾控制效果的情况下，提升该控制方法在更多电力设备中的实用性，完成对有源电力滤波的控制。

2 对比实验

为验证本文提出的基于PR控制器的有源电力滤波控制方法在实际应用中具有一定的可行性，将该方法与传统控制方法进行对比。选择某生产企业常用机电装置作为实验对象。该装置功率为18.5 kW，光伏电池总功率为34.5 kW，电池容量为22.5 kW，母线总电压为220 V。实验过程中，将该机电装置的功率设置为4.5 kW、5.0 kW、5.5 kW、6.0 kW和6.5 kW。分别利用本文提出的控制方法与传统控制方法对该机电装置在运行过程中产生的有源电力滤波进行控制。通过电子表格记录两种控制方法的最终控制结果，将控制功率与实际所需功率进行比较，得出如图2所示的实验结果对比图。

图2 实验结果对比图

根据图2中3条曲线对比可以看出，本文提出的控制方法在进行50次控制后，呈现出的控制效果明显比传统控制方法更符合实际需求功率的变化。在实验过程中，利用PR控制器可以根据控制结果对控制信号进行实时调节，充分保证有源电力滤波的平稳性。因此，通过实验证明，本文提出的滤波控制方法具有更高的控制精度，并且在实际应用中可行性更强。

3 结语

本文针对当前电力企业存在的谐波污染问题，采用PR控制器，在电力系统稳定运行的前提条件下，实现对其有源电力滤波的控制。通过实验初步证明了该控制方法的可行性，有效降低了PR控制器带宽，从而增强电力系统运行的稳定性，达到电力系统所需的控制效果。根据PR控制器的特点，还可将其应用在环流抑制方面。今后通过更加深入的研究，可为电力系统提供全方位的安全保障。