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并联有源滤波器的复合电流跟踪控制策略研究

2021-06-12

随着电力电子技术不断发展,各种变频器、开关电源和电抗器不断应用于生活、生产中,这些电力电子器件使得电网的正常运行受到影响,妨碍了仪器仪表的正常工作,增加了电力元件的损耗。因此,有源滤波技术已经变得非常重要,而其中的关键技术,电流跟踪控制技术更是研究的热难点。目前,常用的电流跟踪控制方法主要有以下几种:瞬时值比较控制,单周控制,变结构控制,空间矢量PWM控制和智能控制等等[1]。笔者在学习了各种控制方法的基础上,针对瞬时值比较控制动态响应速度快,补偿电流时,实时跟踪性能好但属于有差控制,存在不能消除系统的静态误差的局限性;针对模糊自适应递推积分PI控制虽然可以实现无差拍控制,但在误差较大时,系统需要较长时间达到稳定状态,有响应速度慢这样一个缺点,提出了一种新型控制方法,该方法综合了上述两种方法的优点,提高了有源电力滤波器的稳态性的同时也保证了系统的动态性能。图1APF模型1APF的模型本文研究的APF为三相并联型[2],其模型如图1所示。2复合控制算法研究分析图2瞬时值比较控制原理图2.1瞬时值比较控制瞬时值比较控制又叫滞环控制,它虽然具有控制简单,电流响应很快,不需要载波等优点,但是它是有差控制,对于精度要求较高的控制系统不能满足要求[3],其原理框图见图2。2.2模糊递推积分PI控制传统的PI控制器包含比例和积分环节,对于直图3模糊自修改递推积分PI控制原理图流量和变化缓慢的变量可以较好的做到无差控制,但是不适合用在周期变化的变量上。递推积分PI控制克服了上面的不足,但是对于控制器参数Kp,Ki的整定依旧比较困难,它们一经确定下来,便无法在控制过程中实现实时修改。为了解决该问题,笔者将模糊控制与递推积分PI控制并联在一起复合运行,实现了Kp,Ki的在线实时修改。模糊递推积分PI控制的原理框图如图3所示。指令电流ic*与APF产生的实际补偿电流ic之差e以及它的变化率de/dt经过模糊控制器将它们模糊后,然后按照模糊规律进行推算,再将推算得到的模糊值还原成确定值,最后得到实时修改变量Kp,Ki,将他们与递推积分控制中的参数Kp,Ki相叠加得到整定后的系统参数K'p,K'i。K'p变大,系统的响应速度会变快,静态误差会变小,但是当K'p很大时,虽然系统的响应速度很快,稳态误差也很小,但是系统会超调,失去稳定性;而K'p过小时,虽然超调量较小,也会引起系统响应过慢,静态误差过大这些问题。K'i变大,系统的稳态误差会变小,而当K'i过大时虽然能做到无差控制,然而系统会失稳,当K'i过小时系统的稳态误差会很大,不能满足控制精度上的要求。因此,参数K'p,K'i的选择非常重要[4]。针对以上情况,笔者将上面这两种方法结合在一起,取长补短,提出了一种复合控制的方法[5]。2.3复合控制其原理框图如图4所示。图4复合控制原理框图ic*和ic相减得到的误差信号经比较器处理,当发现误差信号的绝对值e(k)大于H值时,滞环电流控制器投入工作,迅速减小误差,当误差减小到e(k)小于H值时,模糊递推积分PI控制器开始作用于误差信号,消除系统的稳态误差。其控制规则也可用如下的式子表示出来:uc(k)=0,e(k)>H,1,e(k)<-H,uF-PI(k),e(k){H.(1)上式中,0,1为滞环电流控制的输出量,uF-PI(k)为模糊递推积分PI控制的输出量,H为比较器的输入环宽值,该值的大小设置非常关键,它直接关系到哪个控制器投入使用。因为递推积分PI控制器,模糊控制器一经设计好,该控制比较器相应的最优环宽值也就确定下来了。

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