现代控制技术在并联型有源电力滤波器应用综述.pdfVIP

现代控制技术在并联型 有源电力滤波器中的应用综述 ◇ 张振环 刘会金 何 妍 孙建军 (武汉大学电气工程学院) 摘 要 随着电力电子技术、计算机技术和控制理论的快速发展，现代控制技术的各种方 法在有源电力滤波器中得到了广泛的应用。本文概述了并联型有源电力滤波器的基本工 作原理，详细论述了最优控制、自适应控制、变结构控制、反馈线性化解耦控制，H。。鲁棒 控制、无源性控制以及重复学习控制在并联型有源滤波器中的应用，给出了各种控刺算法 的优点及不足。针对有源电力滤波器含有较多不确定因素及其补偿对象复杂多变的特 点，提出了应用鲁棒性较好，对模型依赖性不强的控制方法和将不同的控制策略相互结 合，充分发挥各种控制策略优越性的解决思路。 关键词有源电力滤波器现代控制技术非线性不确定性 1 引言 电能是现代文明的物质基础之一，随着各种非线性负载(如电力电子器件、电弧炉、家用电器等)的使用 造成的谐波污染和无功需求量的增加不仅能导致功率因数偏低，也会降低系统的效率，产生电压波形畸变， 增加输配电线路上的线损和造成对周边通信线路的干扰。因此，消除谐波的污染以及补偿系统的无功缺额 成为电力电子、电能质量研究中的热点问题之一。传统的解决方法是采用无源电力滤波器(PF)进行滤波和 提高功率因数。但是PF的滤波特性固定，且易与线路阻抗发生串／并联谐振等缺点，限制了它的广泛使 用脚。近年来，有源电力滤波器(APF)已经成为消除谐波，补偿负序、无功电流的有效手段[3][4|，在低压电网 中已有相应产品出现。与PF相比，APF能够实现动态补偿，并具有体积小，不易发生谐振等优点[5]。 APF主要用来补偿系统的谐波和无功电流，而串联型APF则用来抑制系统的谐波电压。目前，电力系统 中的谐波源大多为谐波电流源，它们在运行过程中产生大量的谐波电流，因此研制并联型APF直接对系 统的谐波和无功电流进行补偿是一种行之有效的方法，也是目前研究的重点。并联型APF基本补偿系 统如图1所示。 电源 图1并联型APF基本补偿系统图 图2并联型APF系统基本结构图 并联型APF系统的基本结构主要由补偿电流信号产生电路(指令电流运算电路)和补偿电流发生电 蒸粼赣魏麟》852》》 i麓滋i 碾代撺制拨鸯在蒉熙型。有褥。岛力滤滨琴．中的摩用。缔连…。…。…．。，．。．一i，滤魏嚣鬟薰薹麓j 路(包括电流跟踪控制电路、PWM逆变器驱动电路和主电路)两部分组成，如图2所示。它的基本工作原 理是检测补偿对象的电流和电压，经过指令电流运算电路得出补偿电流的指令信号。该信号经补偿电流 发生电路放大，得出补偿电流。补偿电流与负载中的谐波、无功及负序电流抵消，最终获得期望的系统电 流。因此，APF系统的控制可以被看作是一个典型的跟踪控制问题。由于获得的指令电流信号是一个时 变而且具有多次谐波的复杂信号，所以电流跟踪控制策略是决定APF稳态和动态性能的一个关键 因素‘3][引。 脉宽调制(PWM)技术、滞环电流控制和空间矢量控制是目前进行电流跟踪控制的三种主要方法。 这些方法原理简单，计算量较小，实时性较好，但它们都没有对系统的稳定性和鲁棒性进行深入的分析研 究。同时由于PWM逆变器是一个强非线性系统，其电感、电容以及IGBT的各种参数具有分散性，同时 其中还存在PWM驱动电路等无法进行准确数学建模的部分，在运行中由于杂散电感等不确定因素的影 响，使在实际中PWM逆变器的工作特性更难以达到理想化，这一切都给APF系统控制策略的设计增加 了难度。 近30年来，随着电力电子技术和微型计算机技术的不断进步，各种先进的现代控制技术被应用于 APF的控制过程中，如最优控制理