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有源滤波器直流侧电压稳定控制方法

2020-12-25

目前,有源滤波器直流侧电压稳定的控制大多采取传统的PI控制方法,如有模糊-PI控制方法[1]、直流侧电压闭环控制方法[2]、直流侧电压神经网络控制[3-6]等。本文探讨了有源滤波器直流侧电压波动的原因和它对系统稳定控制、谐波补偿效果的影响,提出了一种改进的基于电压偏差平方的PI控制的方法。最后通过实验验证了改方法的有效性。一、工作原理文中并联APF采用电压型逆变器,它的负载可作为谐波源,APF输出与谐波电流幅值相同而相位相反的电流,并与负载产生的谐波叠加,可滤掉电网中的谐波。该谐波检测电路可实时检测出负载电流中的谐波成分,该驱动电路将电流跟踪电路生成的PWM信号转变成逆变器开关器件的开关信号,逆变器向电网注入补偿电流,用来实现补偿谐波的目的。APF工作性能取决于对谐波电流的高精度和实时的检测,常用的有傅立叶变换法、小波变换、瞬时无功功率理论等方法,而采用基于瞬时无功功率理论最为广泛。该理论有d-q算法、p-q算法以及ip-iq算法,通过比较,采用ip-iq算法。它可以准确检测出电网的负序和谐波电流,准确度不受电网电压畸变和负载变化的影响。图1APF工作原理与框图(4)APF自身的功耗,它要从系统吸收一定的有功功率。从图1中的APF原理框图可知:(1)其中和分别是系统电压和APF输出电压,是等效电感。根据电压源逆变器的调制控制理论,可以将电压源逆变器等效为一个比例放大器,即:(2)为电压源逆变器的直流侧电容电压,而K为与调制控制方法有关的函数。ic(t)为使能够快速的跟踪要补偿的电流,设计时必须重视其电流变化率,从而要提高,需减小APF的等效电感,或者提高逆变器输出电压。APF中等效电感越小,它的电流跟踪能力越强,但过小,APF输出电流中基于开关频率的特征谐波将会增大,一旦有源滤波器本身出现故障,也会产生较大的过电流,从而影响系统稳定运行。而调制控制函数的变化范围一般是固定的,因而提高直流侧电容电压将成为提高APF电流跟踪能力的有效手段。它的取值过低,将不能谐波电流完全消除;它的取值越高,补偿效果就越好,但将增加逆变器和电容器的容量,对器件耐压的要求也将提高,增加成本。它的电流侧电容电压波动或引起直流侧欠压,它们都将影响APF的正常工作或导致直流侧出现过压,影响APF的可靠运行。三、控制方法由于流入有源滤波器的有功电流直接影响其直流侧电压,目前主要采用PI控制,其基本原理是:根据直接母线电压的实际测量值与参考电压值之差,通过PI控制方法得到调节结果,将此调节结果叠加到瞬时有功电流的直流分量上,然后产传统的PI控制虽然能对直流侧电压起到有效的控制作用,但会导致被控制系统呈现严重的非线性,具有较大的超调量和静差,响应速度也比较慢。为了获得更好的稳态控制方法,各种新型的控制方法产生了,有模糊控制理论;有自适应滤波控制;还有神经网络控制等等,但很多都只是处于理论阶段,本文根据原有的理论提出了基于电压差平方的PI调节的控制策略,通过软件设计和仿真结果,发现其有效地控制了直流侧电压的稳定,保证了APF的稳定运行和谐波补偿的效果。

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