重复控制在有源电力滤波器中的应用研究

重复控制在有源电力滤波器中的应用研究
【摘要】本文主要对当前我国有源电力滤波器、数字控制技术、重复控制技术等进行了深入的探讨和分析，并且重点对重复控制技术在有源电力滤波器中的应用加以详细阐述。

希望今后重复控制技术应用在有源电力滤波器中取得突破性的进展。

【关键词】重复控制；有源电力滤波器；应用
0.前言
近年来，随着我国科学技术的飞速发展，使得电子装置应用越来越普遍。

对电网来说，大部分电子装置都是非线性负载，因此成为电网的谐波源，这使得谐波电流对电网的影响程度越来越严重，既降低了正常供电质量，又有可能影响到电网运行的安全。

然而，为进一步提高供电质量，我们常常会选用有源电力滤波器用于补偿非线性负载电子装置产生的谐波电流，从而大大减少谐波对电网产生的影响。

1.当前我国有源电力滤波器的发展
有源电力滤波器英文简写成APF。

在最近几十年，由于科学技术的飞速发展，使得市场中出现了很多种类有源电力滤波器，其中，大多数都已经进入实用阶段。

对于有源电力滤波器的分类可以从多个角度来分析，我们通常是分为两类，也就是说直流滤波器与交流滤波器。

但是，当前研究与应用最多的电力滤波器主要为交流式的。

在最近几年，对有源电力滤波器的研究正逐渐深入。

由于APF使用者与使用目的不相同，因此，其安装的位置也有很大的不同。

例如：单独使用者在非线性负载周围安装APE时，主要是用来补偿受谐波影响而造成的电流不平衡；如果是电站使用者在非线性负载附近安装APF时，主要是用来补偿电压谐波的不平衡，这样一来，可以有效减少电网中电流的扩散，切实提高电网的供电质量。

然而，在安装和使用APF时，必须是由供电企业实施统一规划和管理。

一般来说，有源电力滤波器功率电路主要有两种，即电压型变流器与电流型变流器。

其中，电流型变流器的可靠性是非常高的，然而，此种类型的变流器损耗也是较高的，并且需要较大数值的电感，这样一来，又会使电流器的应用严重受阻。

对于电压型变流器来说，既造价低，而且体积又小，工作效率非常高，因此，应用非常的广泛。

现如今，西方发达国家生产的APF产品大多数都是采用电压型变流器为主电路。

2.数字控制技术的发展状况
数字控制技术的高速性、多功能化是多种复杂波形控制方案实现的基础。

现如今，市场中的各种电子装置的控制电路都逐渐从模拟控制向数字控制发生转变，可以说，这次转变是硬件技术的一次重大变大。

事实上，数字控制比模拟控制更具有优越性，其主要表现在以下几个方面：第一，电路耗能元件数量较少，并且电路设计既简单又通用性较强，这样一来，既降低了控制系统的成本，又提高电网运行的可靠性，并且更有利于检修电路。

第二，能够实现复杂控制算法，可以大大提高电网运行的可靠性能。

第三，利用数字通信端口，实现电子装置的无人看守和监控。

3.重复控制技术的研究
以往PI控制在恒值过程中，表现出很好的效果，能够实现指令信号无静差跟踪，如果是交变信号，因PI特性的影响，不会实现对交变信号的无静差跟踪，
由此看来，在使用有源电力滤波器进行控制后，PI变得无能为力。

然而，重复控制技术通过对信号的重复性逐步修正输出电压，这样一来，控制系统完全不需要采集多个变量，也不需要对速度进行控制，并且算法选用也比较简单，就会得到较高的稳态指标。

也就是说，重复控制激素和可以满足大部分应用场合性能要求，所以，重复控制技术成为高性价比的最佳方案。

4.重复控制在有源电力滤波器中的应用
经过几十年的研究发得出，我国的研究学者提出了很多种类的PWM逆变器波形控制方案。

然而，在所有方案里，有很高性价比，并且也能够更好的应用在普通产品中方案是非常少的。

造成这一现象的原因有两方面：一方面，有些方案并不是非常成熟，到目前为止还没有被采纳；另一方面，大多数控制方案利用系统的高动态响应切实提高系统的抗干扰特性，减少扰动因素对电压波形所产生的影响。

从整体上来看，此种做法的效果是非常可观的。

但是，通过提高系统动态性能来改善波形质量的方式，会大大增加系统软硬件的消耗。

所以，对那些普通的产品来说，对系统性能的要求主要表现在系统的稳态指标上，然而，对动态响应的要求考虑和分析则是次要的。

5.数字控制系统的构成与控制要求
事实上，数字控制系统主要由两部分构成，即硬件与软件。

其中，最为重要的变为硬件。

硬件主要包含两部分，一部分为DSP核心板，主要用于系统的运算；另一部分为外围电路，是核心板和外部信号接口板。

近年来，随着我国电子应用中开关频率的日益提高，在数字控制系统中，对进行实时控制问题的研究变得越来越重要。

由于传统的控制模块不能再满足逆变器进行实时控制的需求。

因此，我们通常会选用频率较高，性能较好的DSP芯片。

通常来说，核心控制算法得到的计算时间Te占据控制周期的很大一部分，因此，怎样才能真正减少计算时间Te，是提高整个系统实时性的最关键环节。

当前，主要有两种方法。

首先，借助优化软件算法节省计算时间Te，其中，最有效的方法便是选择使用高性能的处理装置。

现如今，大多数电子装置的数字控制系统核心都选用DSP芯片进行运算的。

DSP芯片主要有两种，即高档定点DSP 和浮点DSP。

其中，定点DSP要比浮点DSP在价格以及外设资源等方面占有较大的优势，因此，通过全面的考虑，最好选用定点DSP芯片。

6.数字控制系统的重点技术研究
尽管数字控制技术要比模拟控制技术在应用上具有很多的优点，但是，由于微处理器发展的速度非常缓慢，因此，在数字控制系统中也出现了很多的问题。

问题的出现在一定程度上影响了逆变器性能的发挥，以下是对数字控制系统中存在的诸多问题探讨：首先，数字的量化作用所产生的影响。

由于微处理器的字长有限，因此，对于那些超过规定位数的数据便要进行截取或者舍入，这样一来，数字量化输出就会存在一定的误差。

其次，数字系统势必会在采用与计算等方面存在延时的现象，这样一来，便直接对系统的实时性产生了一定的影响，与此同时，会限制逆变器出现最大的占空比，从而导致整个系统的带宽变得非常狭窄，动态响应速度逐渐变慢，甚至也会使逆变系统变得非常不稳定。

再次，数字零阶保持产生的影响。

其影响主要表现在以下两个方面：一方面，检测采样输入信号失真，尽管在此方面作出了很多研究，但是，仍然没有取得很大的进展；另一方面是对控制对象的影响，会大大降低逆变器的性能。

上述这些问题急需我们采取有效的措施加以解决。

7.小结
总体来说，近年来，随着我国科学技术的飞速发展，使得更多的非线性负载大量的接入电网中，这样一来，便产生了大量的谐波，造成供电质量的大幅度下降，对电子设备以及电网的正常运行都带来巨大危害。

现如今，补偿谐波的方法主要选用有源电力滤波器，并且应用重复控制技术，但是，因重复控制激素原理具有一定的局限性，因此，整个系统的动态性能不是非常稳定，因此，必须和其它控制方法相结合。

只有这样，才能不断优化系统的动态性能。

【参考文献】
［１］缑新科,牟英,汪昶江.并联混合型有源电力滤波器仿真分析[J].电力系统保护与控制,2009(17).
［２］于晶荣,滕召胜,章兢.有源电力滤波器预测电流控制及稳定性分析[J].电工技术学报,2009(7).
［３］乐江源,张志,赖小华.三相并联型有源电力滤波器预测直接功率控制[J].电机与控制学报,2012(5).。