模糊控制在有源电力滤波器直流侧中的应用

管（ Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ ） 等器件 的过压击穿 、 过流烧坏 ， 影响设备 的
安 全 运行 。
图１ 并联型有源 电力滤波器拓扑结构 图
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ７ — ０ ２ — ０ ５ 作者简介 ： 夏 雨（ １ ９ ９ ２ 一 ） ， 男， 广西柳州人 ， 硕士研究生 ， 研究 方 向为 电力 电子技术 。
设 备广 泛 应 用 于各 个 领 域 ，给人 们 的生 产 和 生 活带 来 很 大 的便 利 ， 但 同时 也造 成 严 重 的谐 波 污 染 ， 使 得
制理论相结合 ，设计了一种参数模糊 自整定 Ｐ Ｉ 控制
方法 。该 方 法 能够 根 据 工 作状 况 来 进 行模 糊 推理 输 出合 理 的 Ｐ Ｉ 参 数调 节 量 ， 对Ｐ Ｉ 控 制 器 参数 进 行 在线 整定 ， 有效 改善 系 统 的动态 响应性 能 和鲁 棒性 。
中图分类号 ： Ｔ Ｍ４ ６ ４ 文 献标 识 码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ ２ — ５ ４ ５ Ｘ（ ２ ０ １ ７） ０ ５ － ０ １ ３ ２ － ０ ５
近 年来 ， 电力 电子 技 术 发展 迅 速 ， 各 种 电力 电子
本 文 以传 统 Ｐ Ｉ 控 制 方法 为基 础 ，将 其 与 模糊 控
并使 其快 速恢 复至 给定 值 。 因为 Ｐ Ｉ 控 制 原理 简单 而且 可靠 性 强 ，所 以 有源 电力 滤 波 器 电压 环 的控 制 普 遍 采 用 的 是 Ｐ Ｉ 控制， 但 是这 种控 制方 法 比较依 赖 于 系统 的精 确 数学 模 型 ， 而且 鲁棒 性较 差 ，还容 易在 启 动 时引 起 电压超 调 、 电 流 冲击 的现象 ， 严 重时 可能 会 导致 绝缘 栅 双极 型 晶体
电能质量大大降低 ，由谐波引起 的各种事故也频频
发生 ， 因此 人们 开 始重 视谐 波 的治 理 。Ａ Ｐ Ｆ是 一 种 可 同时 实现 动 态 抑 制谐 波 、无 功补 偿 和 消 除 三 相 不平
衡 的新 型 电力 电子装 置 ， 具有 响应 速 度 快 ， 可 动 态 跟
１ Ａ Ｐ Ｆ主 电路 结 构 与 工 作 原 理
本 文 将并 联 型 三 相 三 线有 源 电力 滤 波 器 作 为 例 子 来 进 行说 明分 析 ，其 拓 扑 结 构 如 图 １ 所 示 。 图 中
踪 补偿 ， 运 动 范 围广 等 优 点 ， 成 为 当 前 电能 质 量 控制
领 域 内 的研究 热 点Ｉ 。
直 流侧 电压 的控 制是 Ａ Ｐ Ｆ的重要 环 节 ［ ５ ＿ ７ Ｊ 。对 于
一
ｌ ￣ ｓ ａ ． ， Ｕ 。 和 ｕ 代 表 电 网 三相 相 电压 ， 和ｉ ， 代 表 电 台实用 的 Ａ Ｐ Ｆ而言 ， 不管是在启动过程 中， 还是在 ｌ 正常运行时 ， 都需要对直流侧电压进行严格的控制 。 网侧 三 相 电流 ， ｉ ｌ ａ ， ＂ ｉ 和 ｉ 代 表 负 载 侧 三 相 电 流 ， ｃ ｏ ， ｉ 。 和ｉ 代 表 Ａ Ｐ Ｆ交 流侧 电流 。 有 源 电力 滤 波器 主 在启动时 ， 为 了减 小 电压 超 调 和 电 流 冲击 ， 让 装 置 能 ｉ ＷＭ 电压 型 逆 变器 ，其 中 “ 代 表 Ａ Ｐ Ｆ直 流 够顺 利 并 安 全地 投 入 运 行 ， 应 该 实 现装 置 的软启 动 ； 电路 为 Ｐ 侧 电容 电压 ， 为滤 波 电感 ， ｃ为 直流 侧 电容 。 非线 性 当装 置 正 常 运行 的时 候 ，直 流 侧 电压需 要 维 持 在 给
Ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ Ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｎｏ ． ０ ５， ２ ０ １ ７
模 糊 控 制在 有 源 电力 滤 波器 直 流 侧 中 的应 用
夏 雨， 黄洪全 ， 希， 苏 念
（ 广 西 大学 电气 工程 学 院 ， 广西 南 宁 ５ ３ ０ ０ ０ ４ ）
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《 装 备 制造 技术 ｝ ２ ０ １ ７年第 ０ ５期 负 载 电流可 以分解 为基 波 有功 分 量 、 谐 波 分量 和
无功分量 。 Ａ Ｐ Ｆ 产生与负载电流的谐波分量和无功分 ３ 软启动方 法
量大小相等且方向相反的补偿电流 ， 从而抵消负载产
并联型 Ａ Ｐ Ｆ 与需要补偿的系统从无物理连接的 生的谐波电流和无功电流， 使得电网电流中只含有基 初 始状 态 到 接 人 系统 并 对 系统 中 的谐 波 和 无 功 电 流 波有功 电流 ， 达 到谐 波抑制 和无 功补 偿 的 目的 。 Ａ Ｐ Ｆ 直流侧仅有 电容， 在启动前 电容处于零 电压 进 行 补 偿 的 全过 程 即为 投人 过 程 。投人 过 程包 括 硬 Ｐ Ｆ与 要补 偿 的系统 实 状态 ， 而 且 大 容量 Ａ Ｐ Ｆ交 流 侧 的滤 波 电感 很 小 ， 如 果 投 入 和 软投 入 。硬投 入是 指 Ａ 现物理连接的过程， 其 中包括限流 电阻的切除和接触 投 入 时操作 不 当 ， 将 在 直 流侧 和交 流 侧产 生 很 大 的 电 器 的合 闸等 。软投 入 是指 Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ触 发脉 冲从 开 始 的封 流冲击， 可能会导致功率器件 的损坏甚至烧毁 ， 影响 装置的投入使用 。 因此 ， 大容量 Ａ Ｐ Ｆ 在启动时需要采 用软启动方法来避免直流侧产生电压过冲和 电流冲 击等 问题， 从而保证 Ａ Ｐ Ｆ能安全地启动并顺利投入 工作 『 ｌ Ｏ ｌ 。
定值 ， 以确保 Ａ Ｐ Ｆ具有 良好 的补偿效果 ； 当系统负载 负载 是 谐 波 源 ，能 够 产 生谐 波 电流 并 流人 电 网造 成 发 生 突 变 时会 造 成 直 流 侧 电容 电压 的跌 落 或 陡升 ， 谐 波 污染 。 容易使系统处于欠补偿或过补偿的状态 ， 此时 ， 应该 尽 可 能 地将 直 流 侧 电容 电压 控 制 在 小 范 围 内波 动 ，
摘 要： 针 对有 源电力滤波器（ Ａ Ｐ Ｆ ） 直流侧 采用 Ｐ Ｉ 控 制在启动 时存在 电压超调 大和 电流 中击 以及在 负载 突变时 电压 波
动 大的问题 ， 设计 了一种参数模 糊 自整定 Ｐ Ｉ 控制 方法来 实现软启动和提 高鲁棒性 。以并联型三相 三线有源 电力滤波器 为例 ． 分析 了其 工作原理并提 出了软启动方 法， 详述 了模糊控制 器的设计过 程。仿真结果表 明有 源 电力滤波 器采用该方 法在启动时能使直流侧 电压平稳上 升至给定值 ， 启动 电流也 无冲击现 象， 并且鲁棒 性强 ， 证 明此方法是可行的 。 关键 词 ： 有源电力滤波 器； 直流侧 ； 模糊控 制 ； 软启动 ； 鲁棒性