有源電力濾波器的一種新型復(fù)合控制方法的研究

錢葉冊(cè)，時(shí)國(guó)平，張勛友，孫　佐

有源電力濾波器的一種新型復(fù)合控制方法的研究

錢葉冊(cè)，時(shí)國(guó)平，張勛友，孫佐

（池州學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，安徽池州247000）

針對(duì)有源電力濾波器控制系統(tǒng)的模糊自適應(yīng)PI控制和重復(fù)控制各自的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了一種將模糊自適應(yīng)PI控制和重復(fù)控制結(jié)合在一起的新型復(fù)合控制方法，在該控制方法中，重復(fù)控制是用來保證系統(tǒng)的靜態(tài)精度，而模糊自適應(yīng)PI控制則提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。在詳細(xì)分析系統(tǒng)工作原理的基礎(chǔ)上，利用matlab仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該控制系統(tǒng)的可行性。

模糊自適應(yīng)PI控制；重復(fù)控制；復(fù)合控制

DOI：10.13420/j.cnki.jczu.2015.06.013

當(dāng)今我國(guó)電網(wǎng)中的負(fù)載狀況日益復(fù)雜，這對(duì)治理電網(wǎng)諧波的設(shè)備要求越來越高，特別是對(duì)控制要求更高的有源電力濾波器，其目前的控制方式還是很難盡滿意。因此，針對(duì)有源電力濾波器系統(tǒng)提出一種合適的控制方法，對(duì)治理電網(wǎng)的諧波污染具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義［1-2］。

1　有源電力濾波器的控制系統(tǒng)

針對(duì)上述這些控制方法的特點(diǎn)，本文提出了一種有源電力濾波器的新型復(fù)合控制方法，在該復(fù)合控制方法中，充分利用重復(fù)控制和模糊自適應(yīng)PI控制的優(yōu)點(diǎn)，使系統(tǒng)具有良好的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能。即：利用重復(fù)控制的優(yōu)點(diǎn)來確保系統(tǒng)的靜態(tài)精度要求，再利用模糊自適應(yīng)PI控制的優(yōu)點(diǎn)來保證系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能［3］。其控制原理圖如圖1所示。

1.1重復(fù)控制器

由圖1所示，重復(fù)控制器是由濾波器Q（z）、補(bǔ)償器C（z）和延時(shí)環(huán)節(jié)組成。其內(nèi)膜是由Q（z）和構(gòu)成，傳遞函數(shù)為：

式（1）中e（z）是輸入r與輸出y之間偏差。重復(fù)控制器實(shí)時(shí)檢測(cè)出輸入r和輸出y之間偏差e，通過內(nèi)模對(duì)該偏差進(jìn)行積分，在延時(shí)環(huán)節(jié)作用下，控制器根據(jù)內(nèi)模積分得到的結(jié)果，在下一個(gè)周期輸出ur，以減小偏差e。補(bǔ)償器c（z）是校正控制對(duì)象P（z）的幅值和相位［4］。

1.2模糊自適應(yīng)PI控制器

表1　Kp控制規(guī)則表

表2　Ki控制規(guī)則表

由復(fù)合控制原理圖所知，模糊自適應(yīng)PI控制器的輸入量為誤差e和誤差變化率ec，其輸出量為比例參數(shù)Kp和積分參數(shù)Ki。控制器在線不間斷檢測(cè)兩個(gè)輸入量，依照事先設(shè)定好的模糊規(guī)則進(jìn)行模糊推理，利用推理的結(jié)果在線不斷調(diào)整輸出的PI參數(shù)，使控制器可以根據(jù)不同的輸入量能輸出合理的比例參數(shù)Kp和積分參數(shù)Ki，保證整體復(fù)合控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能達(dá)到要求［5］。Kp、Ki兩個(gè)參數(shù)模糊控制規(guī)則如表1和表2所示。

控制系統(tǒng)根據(jù)Kp、Ki兩個(gè)參數(shù)的模糊控制規(guī)則表，對(duì)輸入量e和ec作模糊化處理后進(jìn)行模糊推理，再對(duì)其結(jié)果進(jìn)行處理，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)輸出量Kp和Ki進(jìn)行在線模糊自調(diào)整，自調(diào)整的公式如下：

2　系統(tǒng)仿真分析

現(xiàn)利用Matlab軟件模擬有源電力濾波器投入前后供電系統(tǒng)諧波和無功變化的情況。假設(shè)系統(tǒng)剛開始運(yùn)行正常，在0.14s時(shí)，向電網(wǎng)中注入當(dāng)前電網(wǎng)電壓幅值0.2倍的150HZ正序電壓和當(dāng)前電網(wǎng)電壓幅值0.1倍的250HZ零序電壓，有源電力濾波器投入前后供電系統(tǒng)諧波和無功對(duì)比情況如圖2所示。

圖2　電網(wǎng)電壓畸變情況下波形圖

由圖2（a）電網(wǎng)電壓波形可知：在系統(tǒng)運(yùn)行到0.14s時(shí)，由于注入了不同次電壓諧波，系統(tǒng)電壓波形由原來的標(biāo)準(zhǔn)正弦波變?yōu)槿嗖粚?duì)稱的畸變波形。由圖2（b）補(bǔ)償后電網(wǎng)側(cè)電流波形可知：在系統(tǒng)運(yùn)行到0.14s時(shí)，投入電力濾波器裝置進(jìn)行濾波，系統(tǒng)經(jīng)過約1個(gè)周期的調(diào)整后，系統(tǒng)靠近電網(wǎng)側(cè)的電流諧波和無功得到較好的抑制，電流波形對(duì)稱平滑。仿真表明前文所提到的有源電力濾波器裝置系統(tǒng)具有較好的抑制諧波和無功功能［7］。

3　實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)圖1的系統(tǒng)復(fù)合控制原理圖，搭建了一臺(tái)有源電力濾波器實(shí)驗(yàn)裝置，裝置的濾波電感設(shè)為0.5mH，裝置直流側(cè)的電容是由3個(gè)5800uF電容串接而成，耐壓值為600V。該實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)投入前后所檢測(cè)的電壓和電流的波形如圖3所示。

圖3實(shí)驗(yàn)波形圖

圖3（a）為裝置投入前所檢測(cè)的電網(wǎng)a相電壓和電流波形，電流明顯滯后電壓一定的相位，且有一定的諧波。圖3（b）為裝置投入前所檢測(cè)的電網(wǎng)a相電壓和電流波形，電壓和電流保持同相位，電流波形平滑，諧波被濾去。比較可知，投入裝置后，電力系統(tǒng)的無功得到較好的補(bǔ)償，諧波也得到較好抑制。

4　結(jié)論

本文針對(duì)當(dāng)前有源電力濾波器控制方法的一些優(yōu)缺點(diǎn)，提出了一種新型復(fù)合控制方法應(yīng)用于有源電力濾波器控制系統(tǒng)中，仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該控制方法具有良好的可行性。

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［責(zé)任編輯：桂傳友］

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A

1674-1102（2015）06-0039-02

2015-10-14

池州學(xué)院自然科學(xué)科研項(xiàng)目（2015ZRZ003）；安徽省質(zhì)量工程項(xiàng)目（2014zy077）；池州學(xué)院研究中心項(xiàng)目（XKY201514）。

錢葉冊(cè)（1972-），男，安徽樅陽人，池州學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院講師，碩士，主要研究方向?yàn)殡娏﹄娮蛹夹g(shù)。