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有源濾波器直流側電壓穩定控制方法

2020-12-25

目前,有源濾波器直流側電壓穩定的控制大多采取傳統的PI控制方法,如有模糊-PI控制方法[1]、直流側電壓閉環控制方法[2]、直流側電壓神經網絡控制[3-6]等。本文探討了有源濾波器直流側電壓波動的原因和它對系統穩定控制、諧波補償效果的影響,提出了一種改進的基于電壓偏差平方的PI控制的方法。最后通過實驗驗證了改方法的有效性。一、工作原理文中并聯APF采用電壓型逆變器,它的負載可作為諧波源,APF輸出與諧波電流幅值相同而相位相反的電流,并與負載產生的諧波疊加,可濾掉電網中的諧波。該諧波檢測電路可實時檢測出負載電流中的諧波成分,該驅動電路將電流跟蹤電路生成的PWM信號轉變成逆變器開關器件的開關信號,逆變器向電網注入補償電流,用來實現補償諧波的目的。APF工作性能取決于對諧波電流的高精度和實時的檢測,常用的有傅立葉變換法、小波變換、瞬時無功功率理論等方法,而采用基于瞬時無功功率理論最為廣泛。該理論有d-q算法、p-q算法以及ip-iq算法,通過比較,采用ip-iq算法。它可以準確檢測出電網的負序和諧波電流,準確度不受電網電壓畸變和負載變化的影響。圖1APF工作原理與框圖(4)APF自身的功耗,它要從系統吸收一定的有功功率。從圖1中的APF原理框圖可知:(1)其中和分別是系統電壓和APF輸出電壓,是等效電感。根據電壓源逆變器的調制控制理論,可以將電壓源逆變器等效為一個比例放大器,即:(2)為電壓源逆變器的直流側電容電壓,而K為與調制控制方法有關的函數。ic(t)為使能夠快速的跟蹤要補償的電流,設計時必須重視其電流變化率,從而要提高,需減小APF的等效電感,或者提高逆變器輸出電壓。APF中等效電感越小,它的電流跟蹤能力越強,但過小,APF輸出電流中基于開關頻率的特征諧波將會增大,一旦有源濾波器本身出現故障,也會產生較大的過電流,從而影響系統穩定運行。而調制控制函數的變化范圍一般是固定的,因而提高直流側電容電壓將成為提高APF電流跟蹤能力的有效手段。它的取值過低,將不能諧波電流完全消除;它的取值越高,補償效果就越好,但將增加逆變器和電容器的容量,對器件耐壓的要求也將提高,增加成本。它的電流側電容電壓波動或引起直流側欠壓,它們都將影響APF的正常工作或導致直流側出現過壓,影響APF的可靠運行。三、控制方法由于流入有源濾波器的有功電流直接影響其直流側電壓,目前主要采用PI控制,其基本原理是:根據直接母線電壓的實際測量值與參考電壓值之差,通過PI控制方法得到調節結果,將此調節結果疊加到瞬時有功電流的直流分量上,然后產傳統的PI控制雖然能對直流側電壓起到有效的控制作用,但會導致被控制系統呈現嚴重的非線性,具有較大的超調量和靜差,響應速度也比較慢。為了獲得更好的穩態控制方法,各種新型的控制方法產生了,有模糊控制理論;有自適應濾波控制;還有神經網絡控制等等,但很多都只是處于理論階段,本文根據原有的理論提出了基于電壓差平方的PI調節的控制策略,通過軟件設計和仿真結果,發現其有效地控制了直流側電壓的穩定,保證了APF的穩定運行和諧波補償的效果。

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