基于重复预测原理的三电平APF无差拍控制方法

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基于重复控制和无差拍控制的逆变电源数字控制技术研究

不断发展，其是计算机的尤
广泛应用和Ｉｔｒｅ的迅猛发展，ＵＰｎｅｎｔ对Ｓ技术指标的
要求也越来越高。重复控制＿］一种十分有效的波１是卫
形校正技术，能够获得高质量的电压波形。但是，该控制方法的动态响应慢。无差拍控制ｌ具有瞬时响应３快，精度高等特点。本文将重复控制和无差拍控制相结合用于逆变电源数字控制系统中，由此得到更为完善的逆变控制策略。仿真结果表明这种方法不仅获得了较好的电压波形，且也有较快的动态响应，而能够满足高性能ＵＰＳ逆变器要求。
输出波形好，态响应快，应负载的能力强等优点。动适关键词：逆变电源；复控制；差拍控制；重无复合控制中图分类号：Ｍ４４Ｔ６文献标识码：Ａ
ＤｉｉｌｎｅｔｒＢｓｄｏｐｔｔｅＣｏｔｏｎａｂａｎｒｌＴｅｈｉｕｓｇｔｖｒｅａｅｎＲｅｅｉｉｎｒｌａｄＤｅｄｅｔＣｏｔｏｃｎｑｅａＩｖ
ＱＩＡＮＧｎ，ＨＵＡＮＧ－ｉｇ，ＷＡＮＧｎＷｅＸｉｐｎＸｉ
（ ’ ｎＵｎｖｒｉｆＴｅｈｏｏｙ，Ｘｉａ０４，ｈｎ）Ｘｉａｉｅｓｔｏｃｎｌｇｙ ’ ｎ７１０８ＣｉａＡｂｔａｔｓｒｃ：ＷｉｈｔｅｄｖｌｐｎｆＤＳｃｎｌｇｔｈｅｅｏｍｅｔｏＰＴｅｈｏｏｙ，ｄｇｔｌｃｎｒｌｒｒｄｌｓｄｉｎｎｅｒｐｉｌｏｒｓｐｉｉｏｔｏｌｓａｅｗｉｅｙｕｅｎｕｉｔｒｕｔｅｐｗｅｕ — ａｅｂｐｙｉｖｒｅｓｌｅｔｒ．Ｎｏ－ｉｅｒｌａｆｉｖｒｅａｓｓｐｒｏｉｔｒｆｏｔｕｏｔｇ，ａｄｉｃｎｂｌｎｔｙｒｐｔｉｅｃｎｎｎｌａｄｏｎｅｔｒｃｕｅｅｉｄｄｓｏｔｏｕｐｔｖｌａｅｎｔａｅｅｉａｅｂｅｅｉｖｏ — ｎｏｍｉｔｔｏ．Ｂｕｈｅｐｎｅｏｅｅｉｖｏｔｏｓｓｏｒ１ｔｔｅｒｓｏｓｆｒｐｔｉｅｃｎｒｌｌｗ．Ｄｅｄｅｔｃｎｒｌｈｓｇｏｅｆｒｎｅａｒｎｉｎｔｔ．Ｔｈｓｐｐｒｔｉａｂａｏｔｏａｏｄｐｒｏｍａｃｔｔａｓｅｔｓａｅｉａｅｐｅｅｔｙｒｏｔｏｃｅａｅｎｒｐｔｉｅｃｎｒｌｎｅｄｅｔｃｎｒｌｏｉｒｖｏｈｔａｓｅｔａｄｓｅｄｔｔｒｓｎｓａｈｂｉｃｎｒｌｈｍｅｂｓｄｏｅｅｉｖｏｔｏｄｄａｂａｏｔｏｄｓｔａｔｍｐｏｅｂｔｒｎｉｎｎｔａｙｓａｅｒｓｏｓｓｏｉｇｅｐａｅｉｖｒｅ．Ｔｈｉｕａｉｎｒｓｌｅｉｈｅｓｂｌｙｏｈｒｐｓｄｃｎｒｌｓｒｔｇ．ｅｐｎｅｆｓｎｌｈｓｎｅｔｒ－ｅｓｍｌｔｅｕｔｖｒｆｔｅｆａｉｉｔｆｔｅｐｏｏｅｏｔｏｔａｅｙｏｓｙｉＫｅｒｓｎｅｔｒｅｅｉｖｏｔｏ；ｄａｂａｏｔｏ；ｈｂｉｏｔｏｙｗｏｄ：ｉｖｒｅ￣ｒｐｔｔｅｅｎｒｌｅｄｅｔｅｎｒｌｙｒｄｅｎｒｌｉ

基于T型三电平的APF重复控制方法研究

基于T型三电平的APF重复控制方法研究随着电力系统中非线性负载的增加，电力质量的问题日益突出，其中谐波和无功问题成为了亟待解决的难题。

主动滤波器（Active Power Filter，APF）作为一种有效的解决方案，广泛应用于电力系统中。

在APF控制技术中，重复控制方法被广泛研究和应用。

本文以基于T型三电平的APF为研究对象，探讨了其重复控制方法。

T型三电平APF是一种基于三电平逆变器的APF拓扑结构，其具有输出电压波形质量好、成本低廉等优点，因此在实际应用中得到了广泛关注。

为了进一步提高T型三电平APF的控制性能，本研究采用了重复控制方法。

首先，文章介绍了T型三电平APF的工作原理和控制策略。

T型三电平APF通过逆变器将电网电压调制成三电平波形，然后通过滤波器将非线性负载引起的谐波进行滤除。

在控制策略方面，文章采用了重复控制方法，通过周期性更新控制器的输出来减小谐波。

同时，为了实现无功补偿，文章还引入了基于电流的控制方法。

接着，文章详细阐述了重复控制方法的实现过程。

首先，文章介绍了重复控制器的结构和工作原理，并说明了重复控制方法在APF中的应用。

然后，文章通过数学推导推导出了重复控制器的数学模型，并给出了控制器参数的计算方法。

最后，文章通过MATLAB/Simulink仿真验证了重复控制方法的有效性。

最后，文章总结了基于T型三电平的APF重复控制方法的研究结果。

通过对仿真结果的分析，可以看出重复控制方法能够有效减小谐波并实现无功补偿。

同时，与传统的PI控制方法相比，重复控制方法具有更好的控制性能和动态响应速度。

因此，基于T型三电平的APF重复控制方法具有良好的应用前景。

总之，本研究通过对基于T型三电平的APF重复控制方法的研究，为电力系统中谐波和无功问题的解决提供了一种有效的解决方案。

该方法不仅可以提高系统的电力质量，还可以降低系统的成本。

希望本研究能够为电力系统中APF的进一步研究和应用提供参考。

三电平APF电流跟踪的控制方法

三电平APF电流跟踪的控制方法郭殿林;温亚朋;辛亮【期刊名称】《黑龙江科技学院学报》【年(卷),期】2017(027)003【摘要】有源电力滤波器(APF)是抑制谐波和补偿无功的一种常见设备.其跟踪谐波电流的能力是决定APF性能的关键.在传统的APF的电路基础上,综合分析电流状态反馈解耦PI调节器、抛物线预测和重复预测观测器三种方法,搭建仿真模型.Matlab/simulink仿真结果表明,采用重复预测状态观测器算法具有更好的响应速度,在突加负载的情况下,比抛物线预测和PI调节具有更快的跟踪能力.%Active power filter( APF) is a commonly used device to suppress harmonics and compen-sate for reactive power. Its ability to track harmonic current holds the key to determining APF perform-ance. This paper building on the traditional APF topology describes the simulation and analysis of the three methods:current state feedback decoupling PI regulator, parabolic prediction, and repeated predic-tion observer;and the development of a simulation model for verification. The simulation results of Mat-lab/simulink show that the repetitive prediction state observer algorithm promises a better response speed and demonstrates a faster tracking ability than parabolic prediction and PI regulation, when a sudden load is applied.【总页数】4页(P242-245)【作者】郭殿林;温亚朋;辛亮【作者单位】黑龙江科技大学电气与控制工程学院,哈尔滨150022;黑龙江科技大学电气与控制工程学院,哈尔滨150022;黑龙江科技大学电气与控制工程学院,哈尔滨150022【正文语种】中文【中图分类】TM712;TM761【相关文献】1.三电平有源电力滤波器谐波电流跟踪无差控制方法 [J], 何英杰;刘进军;王兆安;邹云屏2.三电平APF电流跟踪的控制方法 [J], 郭殿林;温亚朋;辛亮;3.T型三电平APF电流跟踪控制策略研究 [J], 张广阔;郝怡鹏;艾冰;周皓4.基于最小电流误差模型预测的三电平APF无差拍谐波电流补偿方法 [J], 雷海; 杨皓5.四桥臂APF电流跟踪控制方法研究 [J], 王实;王群京;漆星;胡存刚因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于三电平APF的新型无差拍控制器研究

故此，本文基于三电平三桥臂电容中分型ＡＰＦ在ｄｑ０坐标系下的精确数学模型，详细分．一析无差拍控制原理，并推导一拍滞后实施对系统的具体影响，然后提出一种改进型无差拍控制，对传统无差拍控制的输出量进行校正，消除滞后实施导致的误差，最后设计基于浮点型ＤＳＰ
２ＨａＺｏｇＵｎｖｒｉｆｃｅｃｎｅｈｏｏｙＷｕａ３０４Ｈｕｅ，ｈｎ）．ｕｈｎｉｅｓｙｏｉｎｅａｄＴｃｎｌｇ，ｈｎ４０７，ｂｉＣｉａｔＳ
ＡｂｔａｔＦｃｓｄｏａｍｏｉｓｐｒｓｉｎｔｃｎｌｇ－ｈｓ－ｒｉｅｅｔｒｅｌｅｔｌｏｎｓｒｃ：ｏｕｅｎｈｒｎｃｕｐｅｓｏｅｈｏｏｙｏ３ｐａｅ４ｗｉｔ — ｖｌｈｅ— ｇｎｕｒ－ｉｔｆｅｒｌｅａｐ
ｔｅｄａｂａｏｔｌｒｉｅａｌｄｔａｃｌｔｅａｐｏｒａｅａｕｔｌｇｏｔｌａｄｖｒｅａｈｅｄｅｔｎｒｌｎｂｅｃｌｕａｅｔｐｒｉｔｍｏｎｖｔｅｃｎｒ，ｎｅｉｓｔｔｃｏｅｓｏｈｐｆｏｏａｏｉｆｈ
【，］４５
，
但重复控制器相当于一个纯周期积分环节，系统的动态响应速度较慢。无差拍控制［８控而６］－在制对象数学模型精确的情况下跟踪无过冲、精度高且动态响应快，适合用作ＡＰＦ电流环控制器，

T_型三电平400_Hz_三相APF_预测无差拍重复控制

第27卷㊀第4期2023年4月㊀电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报Electri c ㊀Machines ㊀and ㊀Control㊀Vol.27No.4Apr.2023㊀㊀㊀㊀㊀㊀T 型三电平400Hz 三相APF 预测无差拍重复控制李样,㊀冯润波,㊀尹涛,㊀王莉,㊀舒泽亮(西南交通大学电气与工程学院,四川成都610000)摘㊀要:针对在400Hz 航空电源系统中,为了提高电能质量而采用有源电力滤波技术,但因系统基频高且存在延时而出现的补偿效果不佳的问题,结合延时对补偿效果的影响分析,提出一种预测无差拍重复控制策略㊂首先,为提高系统在动态情况下的反应速度引入预测电流控制,在加快动态响应的同时减小系统稳态误差㊂其次,为解决电流控制及采样的各一拍延时问题,对参考补偿电流进行两拍预测㊂此外,为消除补偿电流的周期性控制误差,在电流控制环内嵌入重复控制㊂稳态和动态仿真中,该综合控制策略表现出比传统控制更优的补偿效果和动态性能㊂为了进一步验证该策略的有效性,实验在T 型三电平400Hz 三相APF 平台上进行㊂实验结果表明,该控制策略可以将400Hz 系统中网侧电流THD 从10.5%降低到3.13%㊂关键词:谐波分析;T 型三电平变换器;有源电力滤波器;预测电流控制;无差拍控制;重复控制DOI :10.15938/j.emc.2023.04.004中图分类号:TM713.8文献标志码:A文章编号:1007-449X(2023)04-0034-09㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀收稿日期:2022-05-30基金项目:国家重点研发计划(2021YFB2601500);国家自然科学基金(52077183)作者简介:李㊀样(1998 ),女,硕士研究生,研究方向为电能质量控制;冯润波(1998 ),男,硕士研究生,研究方向为电能质量控制;尹㊀涛(1996 ),男,硕士,研究方向为电能质量控制;王㊀莉(1966 ),女,博士,教授,研究方向为超导应用技术㊁电磁悬浮理论及应用;舒泽亮(1979 ),男,博士,教授,博士生导师,研究方向为多电平变换装置㊁同相供电系统及电力电子应用中的数字信号处理技术㊂通信作者:舒泽亮Predictive deadbeat repetitive control based on T-type three-level 400Hz three-phase active power filterLI Yang,㊀FENG Runbo,㊀YIN Tao,㊀WANG Li,㊀SHU Zeliang(School of Electric and Engineering,Southwest Jiaotong University,Chengdu 610000,China)Abstract :In order to improve the power quality of the 400Hz aviation power supply system,active power filter (APF)is adopted,but the compensation effect is poor due to the high fundamental frequency and delay of the system.Based on the analysis of the impact of delay on the compensation effect,a predictive deadbeat repetitive control strategy is proposed.Firstly,predictive current control was introduced to im-prove the response speed of the system under dynamic conditions,which accelerated the dynamic re-sponse while reducing the steady-state error of the system.Secondly,to solve the problem of one beat de-lay in current control and sampling,a two-beat prediction was performed on the reference compensa-tion current.In addition,to eliminate the periodic control error of compensating current,repetitive con-trol was embedded in the current control loop.In both steady-state and dynamic simulations,this compre-hensive control strategy exhibits superior compensation effects and dynamic performance compared to tra-ditional control.To further validate the effectiveness of this strategy,experiments were conducted on a T-type three-level 400Hz three-phase APF platform.The experimental results show that this control strat-egy can reduce the THD of the grid side current in the 400Hz system from 10.5%to 3.13%.Keywords:harmonic analysis;T-type three-level circuit;active power filter;predictive current control; deadbeat control;repetitive control0㊀引㊀言航空电源系统通常采用400Hz基波频率,因受限于开关频率,在实际使用过程中,相较于传统50Hz系统存在供电方式单一㊁功率容量小且谐波含量高等问题[1-3]㊂为解决航空电源系统中的电能质量问题,有源电力滤波器(active power filter,APF)被广泛使用,但同时因系统具有较高的基频,对APF 实时补偿效果提出更高要求[4-5]㊂在APF系统中,传统的电流内环采用PI控制算法,该算法简单易实现,但受带宽限制,无法准确追踪交流信号[6-7]㊂文献[8]利用旋转坐标变换这一有利工具将特定次谐波分量转换成直流量,再利用PI控制器实现无静差追踪,虽有效提高补偿精度,但计算量随补偿次数成倍增加㊂为了提升控制内环的动态响应速度,同时不增加控制器的运算负担,学者们提出了预测电流控制策略㊂该方法不仅易于实现,而且瞬态响应速度优于传统PI控制㊂但预测电流控制本质上为有差控制,无法解决在采样和控制中存在的两拍延时㊂为解决延时所带来的跟踪误差,无差拍控制(dead-beat control,DBC)应运而生[9-10]㊂文献[11]分析了数字采样一拍延时对系统稳定性的影响㊂文献[12]提出一种鲁棒预测无差拍控制,该方法引入功率前馈,使系统的响应速度大幅度提升,进一步降低了交流电感参数偏移和系统延时对电流内环的影响,有效提高系统的鲁棒性,但控制精度有所降低㊂文献[13]采用状态反馈和配置极点来消除延时的控制策略,但向系统注入新的延时和参数偏移,且没有提出对这种负面影响的解决方法㊂文献[14]利用相邻时刻电流采样差值的算术平均近似得到k+1时刻电流偏差,有效降低控制延时所造成的电流跟踪误差,但所能达到的控制精度受限㊂DBC控制在响应速度和控制精度方面具备一定优势,但不具有解决周期性跟踪误差的能力㊂为了进一步减少电流控制误差,重复控制被广泛应用于APF中[15-16]㊂但当它单独使用时,若需准确控制就必须对被控对象进行精确建模,且这种控制会影响系统动态性能,当负载快速突变时不能及时响应[17]㊂文献[18]提出一种将PI与重复控制并用的控制策略,虽能提高系统鲁棒性,但也因PI 控制器的引入,使系统性能受到更多参数约束㊂本文采用T型三相三电平拓扑结构,以并联电压型400Hz APF为研究对象,首先引入预测电流控制以提升系统动态响应速度㊂为了解决采样和控制中存在的一拍延时对补偿效果产生影响的问题,本文在预测电流控制的基础上引入DBC控制方法,以实现APF补偿精度和动态响应速度的提高㊂同时在电流内环中加入重复控制以解决系统周期性误差㊂最后,完成仿真与实验,验证基于T型三电平APF改进预测无差拍重复电流控制的正确性与可行性㊂1㊀主电路数学建模及延时对APF补偿效果的影响分析1.1㊀主电路数学模型有源电力滤波系统采用T型三电平电路结构,图1(a)展示了整体电路模型㊂交流侧采用LCL滤波,并通过继电器和充电电阻将网侧电压与主电路相连㊂图1㊀APF系统模型Fig.1㊀APF system model53第4期李㊀样等:T型三电平400Hz三相APF预测无差拍重复控制根据图1(b)的定义,电流从网侧流向变换器侧为正方向㊂根据基尔霍夫电压定律,APF 补偿谐波电流与端口电平的关系可以表示为u h =u s -Ld i h (t )d t-Ri h (t )㊂(1)其中:u h 为逆变器输出端口电平;u s 为电网电压;L和R 分别为变换器滤波电感和等效电阻;i h 为APF 向网侧注入的谐波电流㊂将式(1)采用前向差分离散化,可得APF 离散域下的数学模型为u h (k +1)=u s (k )-Li h (k +1)-i h (k )T s-Ri h (k )㊂(2)1.2㊀延时对系统补偿效果的影响当系统有延时现象存在时,实际电流跟踪就会与预期电流之间存在偏差,并进一步影响APF 的补偿效果㊂采样延时与所选用的A /D 转换芯片性能息息相关,而控制延时产生于对信号离散化的过程中[19-20]㊂控制信号更新频率的上限决定了延时最小值,该延时造成的系统误差要比数据采样和处理造成的更严重㊂设第n 次谐波电流表达为i n (t )=I n sin(nωt )=I n sin(2πnft )㊂(3)设延时时间为t d ,APF 产生的实际电流与预期电流之间会相应产生延时角φd =800πnt d ,此时补偿电流表达式为i c n (t )=-i n (t )=-I n sin(2πnft )㊂(4)APF 补偿后,网侧剩余n 次谐波电流表示为i s n (t )=i n (t )+i c n (t )=I n sin(2πnft )-I n sin(2πnft -φd )㊂(5)进一步定义残余度系数K n 为APF 补偿后与补偿前系统电流谐波含量幅值的比值,即K n =I s nI n=2-2cos(800πnt d )㊂(6)其中残余度系数K n 反映了与延时时间t d 和谐波次数n 之间的关系㊂在延时时间不变的条件下,待补偿的谐波次数与补偿残余度呈正相关㊂同样,在谐波次数n 不变的条件下,延时与残余度也呈正相关㊂当延时过大时,APF 甚至会放大高次谐波㊂观察图2发现,对于400Hz APF 系统,由于基波频率更高,同样延时下各次谐波的K n 明显高于50Hz 系统,因此实时性要求更高㊂如何改进控制算法,减少控制延时,提升APF 的补偿效果具有现实意义㊂为了提高系统动态响应速度,减小稳态误差,进一步解决延时问题并抑制周期性的扰动,提出了一种改进控制策略,将DBC 和重复控制与预测电流充分结合㊂系统整体控制框图如图1(a)的上半部分所示㊂图2㊀各次谐波K n 和t d 的关系Fig.2Relationship between various harmonics K n and t d2㊀改进的预测无差拍重复控制方法研究㊀㊀图3展示了改进控制方法的细节框图㊂接下来将对改进的控制算法进行分析和设计㊂图3㊀各个控制细节控制框图Fig.3㊀Control block diagram for each control detail采用一种改进控制方法,预测电流控制用于提高系统的动态响应速度,DBC 用于修正由于延时产63电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第27卷㊀生的误差,重复控制用于消除系统周期性控制误差,从而能够多方面提升APF的补偿效果㊂2.1㊀预测控制策略网侧电流i s可分为基波电流i sf与谐波电流i h,它们之间的关系表示为i h(k)=i sf(k)-i s(k)㊂(7)对(7)进行前向差分得i h(k+1)-i h(k)=[i sf(k+1)-i sf(k)]-[i s(k+1)-i s(k)]㊂(8)当系统进行高频采样时,由于采样频率远远高于基波频率,因此可将i sf(k+1)和i sf(k)视为相等㊂虽然无法得知下一时刻的采样值,但在此时可以近似地认为i s(k+1)与i sf(k)相等,由上述分析并结合式(2)可得u h(k+1)=u s(k)-L i s(k)-i sf(k)T s+R[i s(k)-i sf(k)]㊂(9)化简上式得u h(k+1)=u s(k)-K[i s(k)-i sf(k)]㊂(10)其中K=L/T s-R㊂预测电流控制在稳态时存在静差,式(10)整理如图3(a)所示控制框图,其中K可表示比例环节㊂在特定范围内,K值增加能使系统响应速度提升㊁稳态误差减小,K值一旦过大会增加系统超调,甚至出现过补偿问题㊂2.2㊀无差拍控制策略为了解决延时问题,首先在预测电流控制中引入DBC㊂具体分析如下㊂将式(1)重新采用后向差分并再次离散化得i h(k)=i h(k-1)+T sΔu(k)L㊂(11)式中Δu(k)代表网侧电压和端口之间的差值㊂已知系统存在两拍延时的情况下,相应地无差拍需提供两步预测㊂通过采样第k周期的实际电流i h(k)能够预测第k+1周期的参考电流i∗h(k+1),进一步,采样第k-1周期的实际电流i h(k-1)预测第k周期的参考电流i∗h(k),同时假设第k周期的实际电流i h(k)能对给定电流i∗h(k)实现无静差追踪,即i h(k)=i∗h(k)㊂那么,就能得到第k+1周期的参考电流方程为i∗h(k+1)=i h(k-1)+T sΔu(k)+Δu(k+1)L㊂(12)此时无差拍控制系统的闭环传函为G(z)=i(z)i ref(z)=z2z2-z+1㊂(13)式中i(z)与i ref(z)分别为i(k)与i ref(k-1)在z域中的表现形式㊂由式(13)分母可得,系统的极点(1ʃj3)/2位于单位圆上,表明该系统处于临界稳定状态㊂于是,通过在上式分子引入一个增益系数k(kɪ(0,1])来提升系统的稳定度,此时系统闭环传递函数变成Gᶄ(z)=kz2z2-z+k㊂(14)当k为大于0且小于1的值时,极点移动至单位圆内,有效提高系统稳定性㊂但也发现,无论k取除0外的任意值,系统的极点都无法位移至坐标原点处,造成系统无法实现完全的无差拍控制,即始终存在延时㊂通过绘制图4所示Bode图,可知仅引入k值的无差拍控制会使系统在1kHz以后的增益逐渐下降,幅值不再保持为1,相位也慢慢偏离0㊂同时发现,上述控制不仅使APF输出实际电流与指令电流之间存在偏差,且当待补偿的谐波次数增大时,控制的准确性将进一步降低㊂为了提高系统的控制精度,需要对传统的无差拍控制进行改进㊂通过对式(12)变形,同时进行两步预测,即令i h(k+1)=i∗h(k-1),整理得到u∗h(k+1)=L Ts(i h(k-1)-i∗h(k+1))+u s(k+1)+u(k)-u∗h(k)㊂(15)其中u∗h(k+1)为系统第k+1周期的输出端口电平,u∗h(k)为第k周期的输出端口电平㊂改进DBC 后,可以通过对第k+1个采样周期端口电平的预测来解决无差拍控制中由延时引起的误差问题㊂这种改进方法的具体控制框图如图3(b)所示㊂在上述改进策略下,系统从i ref(k+1)到i(k)的闭环传函变为G new-closed(z)=G new-open(z)1+G new-open(z)=1z2㊂(16)再乘以两拍预测z2可以得到i(k)=i ref(k-1)㊂图4为优化后DBC控制系统Bode图与引入增益系数DBC的Bode图对比㊂明显看出,所提优化后的DBC系统相较于原系统具有在全频率范围内幅值不衰减㊁相位不漂移的优点,表明APF系统输出电流能完全跟踪指令参考电流㊂同时,需要对网侧采样电压进行矫正,进一步73第4期李㊀样等:T型三电平400Hz三相APF预测无差拍重复控制提高控制准确性,使得系统能在全频率范围内实现高精度跟踪㊂图4㊀优化DBC 与传统DBC 对比Fig.4㊀Comparison between optimized DBC andtraditional DBC2.3㊀重复控制策略APF 长时间运行会使变换器交流侧连接的无源滤波元件发生参数偏移,从而在具有周期性特性补偿谐波电流作用下产生相应的周期性干扰误差㊂不仅如此,AD 采样㊁开关管死区动作㊁电网电压波动等都会使得系统产生周期性误差㊂为了消除这类误差,重复控制应运而生㊂这种控制以内模原理为基础,主张用周期性误差来更正APF 输出信号㊂究其本质,就是在控制内部嵌入和外部信号数学表达式相同的模型,从而构成内模控制器,完成对输入信号的无静差追踪㊂对于APF,输入电流信号由不同频率的正弦信号构成,因此在设计内模控制器时,需要将所有待补偿次数谐波的正弦信号数学模型嵌入控制器中,可以采用内模:G (z )=z -N /(1-z -N ),其中N =f ᶄ/f s ,f ᶄ为采样频率,f s 为网侧基波频率㊂考虑在实际工况中,存在被控对象无法在所有工作频段保持稳定的问题,首先要对上述内模进行改进,将z -N 替换成Q (z )z -N 来提高系统稳定度㊂Q (z )选择不同的值,控制器将对外表现不同的衰减特性㊂当没有误差信号时,改进重复控制输出不会保持上一周期信号㊂当Q (z )取小于1的正数时,重复控制会具有比例放大的特征,控制信号会随系统逐渐稳定而逐渐衰减㊂当Q (z )采用低通滤波器表示时,低频的控制信号相对缓慢衰减,而高频控制信号迅速衰减㊂由图3(c)得到在实际应用过程中,重复控制的传递函数为G re (z )=1-z -N Q (z )1-[Q (z )-S (z )P (z )]z -N㊂(17)此时系统内模为G (z )=11-z -NQ (z )㊂(18)考虑当基波频率等于400Hz,采样频率为100kHz 左右时,此处N 近似取为250㊂分别画出当Q (z )=0.95㊁0.9和0.8时重复控制内模特性Bode 图,如图5所示㊂由图中看出系统在基频及基频整数倍处具有零相移高增益特征,并且当Q (z )越大时,系统具有的增益越高,说明追踪特性越好,稳态误差越小㊂但需要注意的是,过大的Q (z )可能会导致系统失去稳定,因此选择Q (z )=0.95㊂除此之外,还应考虑外界扰动D (z )并设计内模控制器的补偿环节S (z )㊂设计目标是在引入各种扰动后,系统能够实现无静差跟踪指令信号㊂系统在正常工作时需要满足以下条件才能保持稳定:|Q (z )-S (z )P (z )|z=e j ωT s <1,当上式为0时,系统能实现完全无稳态误差跟踪,达到最佳稳定状态,说明补偿环节与被控对象自身特性和内模系数Q (z )有关㊂图5㊀重复控制的内模特性Fig.5㊀Internal model characteristics of repetitive control通常,补偿环节S (z )=K c z k C (z )的设计依据为零相移误差跟踪理论㊂系数K c 可看作比例环节,将其设置为小于1的正数,其取值大小对系统的影响满足比例调节规律㊂C (z )为滤波环节,常设计成低通滤波器形式,以此来保证系统处于中低频段内的无静差追踪,但同时降低了高频段的跟踪效果㊂而z k 作为超前环节用于补偿滤波器带来的延时,补偿目标为使系统在宽范围内尽可能保持零相移㊂将比例环节K c 定为0.75,依据前文分析,当超83电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第27卷㊀前环节的k 为2时,能使系统延时得到完全补偿,即令z k =z 2㊂为实现APF 对31次以内谐波进行补偿的功能,低通滤波器的转折频率应设置成2πˑ31ˑ400rad /s,当阻尼比ξ=0.707时,可得滤波器传函及重复控制传函表达式为:C (z )=0.3541z +0.2797z 2-0.8691z +0.5028;(19)S (z )=0.750.3541z +0.2797z 2-0.8691z +0.5028z 2㊂(20)所设计的低通滤波器具有较高的增益,尤其是在基频及其整数倍处,从而实现了低静差追踪的设计目标㊂这一点在图6所示的Bode 图中可以更清晰地看出㊂系统的截止频率为17kHz,对应点处幅值比为1㊂同时,控制器在低频段内近似保持相位为0,高频段幅值及相位迅速衰减,能够有效抑制高频扰动㊂图6㊀滤波器C (z )和重复控制伯德图Fig.6㊀Filter C (z )and repetitive control Bode diagram3㊀仿真验证本节通过仿真分析了3种不同的控制策略,包括预测电流控制㊁DBC 和预测无差拍重复控制,以验证所提出的综合控制策略在APF 动态响应速度及补偿效果方面的有效性㊂在仿真中,将交流相电压设置为115V,控制直流总电压350V,开关频率设置为100kHz㊂图7展示了3种控制策略及总调制输出波形图㊂图8(a)展示了在未经过补偿的情况下,负载电流波形存在严重问题,其THD 值高达20.56%㊂若未经补偿的电流流入电网将会使网侧电流发生严重畸变㊂如图9的THD 柱状图所示,在系统中加入预测电流控制后,网侧电流THD 降到5.32%㊂加入DBC 后,此时网侧电流THD 降至3.35%,表现出更佳的补偿效果㊂通过对各次剩余谐波含量分析发现,该控制对低次谐波的补偿效果较好,高次谐波补偿能力有待提升㊂最后,对所提改进的预测无差拍重复控制策略进行综合仿真,THD 值能够进一步降至2.77%,并且通过FFT 分析发现各高次谐波均得到一定补偿㊂同时,图8(a)㊁(b)㊁(c)三幅图展示了系统在0.02s 时负载电流㊁APF 补偿电流以及网侧电流发生负载跳变时的动态波形㊂图7㊀3种控制及总调制输出波形Fig.7㊀Three control and total modulated voltageoutputwaveforms图8㊀负载跳变时的动态电流波形Fig.8㊀Current dynamic waveform93第4期李㊀样等:T 型三电平400Hz 三相APF 预测无差拍重复控制可以看出,采用改进预测无差拍重复控制后的系统仅需1ms 的时间就能保持稳定㊂仿真结果表明,所提出控制策略在有效提高补偿效果的同时,能够保证APF 系统的动态响应速度㊂图9展示了对上述3种控制策略下补偿效果对比,得到各次谐波傅里叶分析结果㊂总体而言,改进的控制策略能使各次谐波含量有效降低,同时兼具对高次谐波的补偿能力㊂不同控制策略下的补偿效果为:预测电流控制<无差拍控制<改进的无差拍重复控制㊂A -预测电流控制;B -无差拍控制;C -无差拍重复控制㊂图9㊀3种控制下各次谐波含量对比Fig.9㊀Comparison of each subharmonic contentunder the three controls4㊀实验验证基于以上分析,针对115V /400Hz 航空电源设计了功率为3kW 的APF 实验平台,如图10所示㊂该平台以FPGA 作为控制器,包括主电路㊁传感器以及二次供电回路等,并在交流电压20V㊁频率400Hz㊁非线性负载功率200W 的情况下进行测试,系统功率密度达到1.42W /cm 3㊂图10㊀APF 实验平台Fig.10㊀APF experimental platform4.1㊀稳态补偿实验APF 工作前,网侧电流波形及其FFT 如图11(a)所示㊂其中U dc 为直流总电压,i sa ㊁i sb ㊁i sc 分别代表三相网侧电流㊂此刻的变换器处于空载状态,还未进行谐波补偿㊂观察FFT 图看出,谐波主要为6k ʃ1次谐波,其他次谐波含量较少㊂其中5次㊁7次㊁11次㊁13次谐波含量分别为9.83%㊁2.19%㊁1.47%㊁0.73%,THD 为10.5%㊂预测电流控制谐波补偿波形及其FFT 如图11(b)所示㊂此刻的变换器处于谐波补偿状态,直流侧电压稳定,网侧电流THD 值从10.5%下降到5.5%㊂通过FFT 分析看出,主要低次谐波得到有效补偿㊂其中5次㊁7次㊁11次㊁13次谐波含量分别1.78%㊁0.76%㊁0.54%㊁0.25%㊂与仿真中得到的结果类似,这种控制下APF 对高次谐波补偿能力有限,并且由于所定K 值过大,造成系统过补偿震荡进一步增加高次谐波含量㊂预测无差拍重复控制补偿实验波形及其FFT 如图11(c)所示㊂通过图11(a)和11(b)的比较,可以发现在改进控制策略下,高次谐波被更好地抑制了,从而使APF 具备更优地补偿效果㊂其中5次㊁7次㊁11次㊁13次谐波的含量分别为0.33%㊁0.12%㊁0.18%㊁0.03%,总THD 含量为3.13%㊂图11㊀补偿前及两种控制下的网侧电流波形及FFT 分析Fig.11㊀Analysis of grid current waveform and FFTanalysis before compensation and under two control strategies4电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第27卷㊀图12展示了谐波负载为4Ω时,预测电流控制与所提出的控制策略在补偿效果方面的比较㊂可以看出,预测电流控制下,补偿电流对参考电流的跟踪精度有限,而综合控制策略可以有效降低各次谐波含量㊂图12㊀补偿前及预测电流控制和无差拍重复控制下剩余谐波含量对比Fig.12㊀Comparison of residual harmonic content be-fore compensation and under predictive cur-rent control and deadbeat repetitive control4.2㊀动态测试实验为验证所提出的改进综合控制策略下APF 系统反应速度,进行谐波负载突变实验㊂图13(a)为不控整流谐波源侧负载由2Ω变为5Ω时的实验波形㊂图13(b)为不控整流谐波源侧负载由10Ω变为2Ω时的实验波形图㊂图13㊀动态性能测试波形Fig.13㊀Dynamic performance test waveform从图13(a)中看出,在切载瞬间负载电流发生跳变,APF 在控制器调节下输出补偿电流开始减小,经过3个周期以后系统趋于稳定,网侧谐波得到充分抑制㊂从图13(b)中看出,在负载动作瞬间电流发生跳变,APF 在控制器的作用下逐渐增大补偿电流,经过大约4个周期以后稳定㊂同时观察直流侧电压会因负载动作而产生波动,并对APF 端口电平产生影响,经过大约30ms 以后,直流侧电容电压及端口电平趋于稳定㊂动态实验结果表明该系统拥有良好的补偿效果与动态性能㊂5㊀结㊀论本文旨在解决传统电流控制在400Hz APF 系统中存在的两拍延时,导致对参考电流跟踪存在偏差和补偿效果下降的问题㊂为此,本文采用预测电流控制技术,提高追踪精度的同时加快动态响应速度,改进传统DBC 实现对给定电流的两拍预测,解决控制系统由于采样造成的延时补偿问题㊂同时在电流内环中嵌入重复控制,进一步消除系统周期性误差,最大程度实现补偿精度的提高㊂仿真结果表明,所提控制策略将网侧电流THD 从20.56%下降至2.77%㊂实验结果表明系统能将网侧电流THD 从10.5%降至3.13%,并通过动态切载实验验证系统具有良好的动态特性,过渡过程约30ms㊂结果表明本文所采用控制策略的正确性和有效性㊂参考文献:[1]㊀刘海春,费涛,温鹏召,等.基于LCL 滤波的400Hz 逆变器并联控制[J].电机与控制学报,2021,25(9):26.LIU Haichun,FEI Tao,WEN Pengzhao,et al.Parallel control of400Hz inverter with LCL filter[J].Electric Machines and Con-trol,2021,25(9):26.[2]㊀RODRIGUEZ J,LAI J S,FANG Z P.Multilevel inverters:a sur-vey of topologies,controls,and applications[J].IEEE Transac-tions on Industrial Electronics,2007,49(4):724.[3]㊀MIYAZAKI H,FUKUMOTO H,SUGIYAMA S,et al.Neutral-point-clamped inverter with parallel driving of IGBTs for industrial applications [J ].IEEE Transactions on Industry Applications,2000,36(1):146.[4]㊀PUHAN P S,RAY P K,POTTAPINJARA S.Performance analy-sis of shunt active filter for harmonic compensation under various non-linear loads 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[16]㊀张国荣,李奉顺,蒋继勇.基于电感电流和重复预测的APF数字电流控制策略[J].电力自动化设备,2018,38(6):190.ZHANG Guorong,LI Fengshun,JIANG Jiyong.Digital currentcontrol of APF based on inductance current and repetitive predic-tor[J].Electric Power Automation Equipment,2018,38(6):190.[17]㊀房俊龙,甄景龙,马文川,等.并联有源滤波器的改进重复控制策略研究[J].电力系统及其自动化学报,2020,32(2):133.FANG Junlong,ZHEN Jinglong,MA Wenchuan,et al.Re-search on improved repetitive control strategy for shunt activepower filter[J].Proceedings of the CSU-EPSA,2020,32(2):133.[18]㊀汪洋,陈权,胡存刚.基于PI+重复控制的三电平逆变器研究[J].电力电子技术,2021,55(7):113.WANG Yang,CHEN Quan,HU Cungang.Research on three-level inverter based on PI+Repetitive control[J].Power Elec-tronics,2021,55(7):113.[19]㊀李哲,吴正国,夏立,等.并联有源滤波器两步预测控制方法研究[J].电机与控制学报,2013,17(2):22.LI Zhe,WU Zhengguo,XIA Li,et al.Research on two-sample-period-ahead predictive control for active power filter[J].Elec-tric Machines and Control,2013,17(2):22.[20]㊀徐君,陈敏,鞠建永,等.基于相移控制的有源电力滤波器延时补偿策略[J].电机与控制学报,2009,13(2):255.XU Jun,CHEN Min,JU Jianyong,et al.Time delay compensa-tion based on phase-shifting for active power filter[J].ElectricMachines and Control,2009,13(2):255.(编辑:刘琳琳)24电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第27卷㊀。

基于复合控制的三电平APF的研究

基于复合控制的三电平APF的研究付瑞清【摘要】Traditional PI control algorithm has been unable to track control signal without static error,as the controlled variable of the active power filter is high frequency harmonic and reactive current.This paper introduces the composite controller which is used to control the output current of APF,in order to improve the accuracy of steady state and dynamic response speed.As for the delay problem introduced by digital control,the effect of delay on current compensation is analyzed,and the solution of harmonic current prediction control is put forward.Based on the analysis of three-level APF model,a Matlab simulation model based on three level space vector modulation (SVPWM) is built,and the algorithm is verified on a 50 kVA prototype.Simulation analysis and experimental results show that composite control based current tracking control can improve the steady state accuracy of APF current inner-loop compared to traditional PI control.%有源电力滤波器(APF)的被控量为高频谐波及无功电流,传统的PI闭环控制已不能实现无静差的跟踪被控信号.为了提高APF的补偿精度及动态响应速度,引入复合控制器对APF输出电流进行控制.针对数字控制引入的延时问题,分析了延时对电流补偿效果的影响,并提出了谐波电流预测控制的解决方法.最后在对三电平APF模型分析的基础上,搭建了基于三电平空间矢量调制(SVPWM)的Matlab仿真模型,并在一台50 kVA的样机上对上述算法进行了验证.仿真分析和实验结果显示基于复合控制的电流跟踪控制相比于传统的PI控制能够有效地提高APF电流内环的稳态精度.【期刊名称】《电力系统保护与控制》【年(卷),期】2017(045)014【总页数】8页(P105-112)【关键词】三电平;复合控制器;预测控制;SVPWM【作者】付瑞清【作者单位】中国大唐集团科学技术研究院有限公司华中分公司,河南郑州450000【正文语种】中文电力系统中的电力电子装置的广泛应用给电力系统引入了大量的谐波和无功。

基于参考向量角度预测的三电平并联APF的电压平衡策略

基于参考向量角度预测的三电平并联APF的电压平衡策略摘要——为了保持中性点侧（NPC）并联有源电力滤波器（APF）的中性点电压平衡，本文提出了一种基于预测参考矢量角度的中性点电压平衡策略。

该策略考虑到了每个环节的每一个中性点电压向量和相应的切换序列的参考矢量的影响。

通过调整参考向量的角度选择优化的转换序列，使直流母线电容电压保持平衡，维护和减少中性点电压纹波。

用MATLAB模拟验证了该方法及其效果的有效性。

关键词——三电平逆变器；中性点电压平衡；有源电力滤波器（APF）；空间矢量脉宽调制；角度预测一、简介随着电力电子装置以及其它非线性负荷的广泛应用，配电与传动系统中的谐波和无功功率问题已经越来越严重[1]。

近年来，各种有源电力滤波器（APF）已经被用来消除谐波电流和补偿无功功率[2]。

对于谐波补偿容量需求的增加，基于多电平电压源逆变器（VSI）拓扑结构的有源电力滤波器很好的解决了中、大功率工业中的应用问题，其中三电平中点钳位（NPC）结构是最有前途的一个[3]。

三电平结构不仅能对半导体开关产生较低的应力，也能减少逆变器输出的谐波含量。

然而，三电平逆变器具有中性点电压不平衡的内在缺陷[4]，引起了学术界广泛的研究。

因此，本文提出并研究了中性点电压平衡的不同的调制策略和电压控制器。

在所有的调制算法中，正弦脉冲宽度调制（SPWM）和空间矢量脉冲宽度调制（SVPWM）是应用最广的两种算法。

对于SPWM算法，适当的往调制信号里注入零序信号可以从本质上实现中点电压平衡[5]-[8]。

但SPWM直流电压利用率低，在一定的操作条件下不能完全消除中性点电压的低频成分。

SVPWM最近被应用到中性点平衡控制，因为它提供了改进的电能质量和更好的直流母线电压的利用率。

[9]-[14]中用的在SVPWM下的算法是基于一对短矢量对中点电压的相反效果。

在每一个新的开关周期内它选择正极或负极的短向量。

因此，中性点电压通过改变切换顺序或排列的短向量的时间分布保持平衡。

无差拍优化T型三电平APF模型预测电流控制

G(o) =，1 (i# + jj)(" + 1)-
(+ + U#f) + ^2 I 8d1 - 8d2
(7)
式中：8d1,8d2分别为直流侧上下电容电压值预测值；
1 ,，2为权重因子,其取值对预测结果影响较大，文中参考文献［11］中的研究结论，取，1=，2 = 1。
3无差拍优化模型预测电流控制算法
刘广思等:无差拍优化T型三电平APF模型预测电流控制
81
V、
v V、
以直接保持前一拍观测值，从而保证每个基波周期
内至少更新4次电感观测值。进一步，为了保证观
器的非线性负载，APF与谐波源并联接入三相电网,通过控制功率器件开/断,实现负载谐波电流的
动态补偿。
在#3坐标系下得到T型三电平APF数学模型为：
'
di#
=厶无 + Q + +
'_ d# .
( 1)
B二厶1花+厂1 + +
刘广思等:无差拍优化T型三电平APF模型预测电流控制
79
图# T型三电平APF主电路拓扑
三相三线制T型三电平APF主电路拓扑如图1
所示,Tc、Tb”、Ta为绝缘栅双极型晶体管;D"”、Db”、
, Da为反并联二极管;By, Bb , ee为三相电网电压;8a ,"b "c为APF交流侧输出电压;+1，+1 ,+1为APF输
出补偿电流;Cm , Cd2为直流侧均压电容;/ , Q1为输出侧滤波电感和等效电阻。谐波源为不可控整流
78
2019 年 9 月
电力工程技*
Electric Power Engineering Technology

三电平有源滤波器无差拍控制系统

三电平有源滤波器无差拍控制系统
王殿俊;朱启伟;张晓
【期刊名称】《低压电器》
【年(卷),期】2012(000)011
【摘要】为解决三电平并联型有源滤波器(SAPF)因采样、计算、滤波等原因造成的电流跟踪延时,提出了一种基于简化空间矢量脉宽调制( SVPWM)三电平SAPF无差拍控制策略.建立了三电平SAPF数学模型,阐述了无差拍控制的原理,并推导了无差拍控制模型.采用抛物线预测算法进行谐波预测,采用简化三电平SVPWM算法进行PWM脉冲调制,并通过浮点型数字处理器DSP实现.仿真试验结果表明,系统具有很好的滤波效果和良好的应用前景.
【总页数】4页(P42-45)
【作者】王殿俊;朱启伟;张晓
【作者单位】中国矿业大学江苏省电力传动与自动控制工程技术研究中心,江苏徐州221006;中国矿业大学江苏省电力传动与自动控制工程技术研究中心,江苏徐州221006;中国矿业大学江苏省电力传动与自动控制工程技术研究中心,江苏徐州221006
【正文语种】中文
【中图分类】TN713+.8
【相关文献】
1.基于电流预测的有源滤波器无差拍控制 [J], 朱建玉;潘庭龙
2.基于内置重复控制器改进无差拍的有源滤波器双滞环控制方法 [J], 张宸宇;梅军;郑建勇;周福举;郭邵卿
3.基于MMC的有源滤波器无差拍控制 [J], 刘盛烺;宋奇吼;杨飏;代高富
4.四桥臂有源滤波器无差拍控制策略研究 [J], 霍磊;刘鹏
5.基于无差拍控制的三电平有源滤波器研究 [J], 刘晓雷;张晓;李静
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基于SVPWM的三电平APF控制系统研究

若以上、下电容中点为参考点，则三电平变流器输出的端
１４４
简化三电平空间矢量步骤：（１）判断参考电压矢量所在大
ｓｎｅｊ — ｕＦｅｎｘ！量坌塑Ｉ
六边形区域ｓ；（２）进行电压修正，将三电平空间矢量转换到二电平空间矢量，进行归一化运算；（３）按照两电平ＳＶＰＷＭ算
ｗＭ技术相结合的控制方法。三电平拓扑的ＡＰＦ控制系统具
有高度非线性、时变不确定性和纯滞后的特点，这就决定了传
统ＰＩ参数整定不能满足实时性的要求。将ＰＩ调节器与模糊控
制结合在一起，能够弥补２种控制器自身的不足，使得系统在
的稳态误差＿６］。
以电压矢量幅值为根据，将电压矢量从大到小分成４类，
根据工程技术和实际操作经验可以得出 △ Ｋ、 △ Ｋ模小矢量Ｖ～、零矢量
法计算各相邻主副矢量作用时间，并确定开关次序。
２＿２三电平ＡＰＦ直流侧中点电位平衡优化控制
３＿２模糊规则的建立ＰＩ调节器中比例控制环节的作用是使系统响应速度获得增加，改善闭环系统的控制精度；积分系数的作用是消除系统
ｘ＝ＥｉＰ — ｅｉ】２］；Ｂ＝－ｄｉａｇＥ１１１０Ｏ］；Ｐ００］。

基于电流预测的并联型APF无差拍控制系统及方法[发明专利]

专利名称：基于电流预测的并联型APF无差拍控制系统及方法专利类型：发明专利
发明人：郭喜峰,栾方军,韩伟,高恩阳,李云路,梁雨,刘献帅
申请号：CN201610907270.X
申请日：20161015
公开号：CN106356852A
公开日：
20170125
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种基于电流预测的并联型APF无差拍控制系统及方法，包括如下步骤：首先根据无差拍控制法，并结合自适应预测方法和线性预测法对谐波电流进行预测，然后，再利用SVPWM产生脉冲控制主电路，使交流侧发出相应的补偿电流，最后，直流侧电容电压采用传统的PI 控制技术。

该系统包括APF主电路、无差拍控制、电流预测器、SVPWM调制四个部分。

本方法能够使谐波电流的预测具有较好的稳态精度和动态收敛特性，并且拥有较强的抗噪声能力；实现了对指令电流的准确预测，解决数字控制给APF产生的延时误差，提高了系统谐波检测的实时性，得到了可靠的参考电压矢量，结合七段控制的SVPWM方式实现了谐波电流的实时补偿。

申请人：沈阳建筑大学
地址：110168 辽宁省沈阳市浑南新区浑南东路9号
国籍：CN
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一种低延迟三电平APF的方案设计及仿真研究

一种低延迟三电平APF的方案设计及仿真研究刘光亚;朱晓蒙;李响【摘要】为实现谐波检测低延时与补偿电流跟踪控制的高实时性,以此提升三电平有源电力滤波器(active power filter,APF)的动态响应性能与稳态滤波精度.设计一种低延迟三电平APF系统方案:用移动窗积分算法降低ip-iq检测中常用二阶巴特沃斯(butterworth)低通的延迟时间;提出运用基于等距结点牛顿后差插值的瞬态重复校正预测控制方案,实现传统电压空间矢量脉调(space vector pulse width modulation,SVPWM)与无差拍算法的复合控制策略,消除传统SVPWM控制拍数的延迟.Matlab对系统方案仿真对比:三电平APF系统采用低延迟方案时启动阶段响应快且稳,负载突变后过渡响应快,稳态总谐波畸变率(total harmonic distortion,THD)为1.36％,具备明显优势.研究表明:低延迟三电平APF系统方案通过降低谐波检测延迟与电流跟踪控制延迟,提高了APF系统的滤波性能.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2016(016)017【总页数】7页(P192-198)【关键词】三电平有源电力滤波器;低延迟;移动窗积分;牛顿后差插值预测;无差拍;电压空间矢量脉调【作者】刘光亚;朱晓蒙;李响【作者单位】湖北工业大学电气工程学院,武汉430068;湖北工业大学电气工程学院,武汉430068;湖北工业大学电气工程学院,武汉430068【正文语种】中文【中图分类】TM761.2现阶段电力电子设备应用广泛，而属于典型非线性负载的电力电子设备可使电网受到谐波污染，谐波治理与无功补偿装置在此环境下得到了应用和发展[1]。

针对无源滤波器的局限性研究出的有源电力滤波器可主动消除谐波与补偿无功，动态性能优越[2]。

实时准确的谐波检测法和实时高性能的电流控制方案一直是APF研究的热点及难点，因此构建一个低谐波检测延迟与可消除补偿控制滞后的有源滤波器系统方案具有现实意义。

基于最小电流误差模型预测的三电平APF无差拍谐波电流补偿方法

收稿日期：２０１８１２２７作者简介：雷海（１９９４－），硕士研究生，研究方向为电力电子与电力传动；杨皓（１９９５－），硕士研究生，研究方向为电力电子与电力传动。
究和应用，目前应用较多的为模型预测控制（ＭｏｄｅｌＰｒｅｄｉｃｔｉｖｅＣｏｎｔｒｏｌ，ＭＰＣ）和无差拍预测控制（ＤｅａｄｂｅａｔＰｒｅｄｉｃｔｉｖｅＣｏｎｔｒｏｌ，ＤＢＰＣ）［５］。模型预测控制概念简单、动态响应快，在变流器的控制中得到广泛应用［６８］，但存在跟踪误差、开关频率不固定等缺点。文献［２］提出了一种闭环反馈校正的模型预测控制方式，但在预测模型引入零阶保持器使得算法运算量大且预测值不准确；文献［４］提出了一种基于重复预测的无差拍控制方式，使预测更为准确，但重复预测引入积分环节降低了系统动态响应，并且仍不能完全消除控制误差。
理论研究电工技术
基于最小电流误差模型预测的三电平犃犘犉无差拍谐波电流补偿方法
雷海，杨皓
（西南交通大学电气工程学院，四川成都６１００３１）
摘要：有源电力滤波器（ＡＰＦ）的传统谐波电流补偿方法存在跟踪精度低、动态响应差等问题。对此提出了一种基于模型预测原理的三电平ＡＰＦ最小电流误差控制算法。该算法通过求解αβ 坐标系下谐波电流瞬时变化率，结合无差拍补偿控制预测出后２个周期的谐波电流在αβ 轴的分量，利用最小电流误差价值函数求解出系统最优调制电压，实现ＡＰＦ的高性能控制。该方法具有响应速度快、稳态电流误差小等优点。ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｌｉｎｋ仿真结果验证了此控制算法的正确性和有效性。
２模型预测电流控制

三电平APF直流侧电容中点电压控制方法的研究

· 2018年8月 ·今日电子三电平 APF 直流侧电容中点电压控制方法的研究六安供电公司王传林李海燕近年来，大容量电力电子装置在高压交流电力系统中得到日益广泛的应用，但其存在谐波和无功等问题，不仅威胁到系统自身的安全运行，而且严重影响电网电能质量。

为了解决此类问题，有源电力滤波器应运而生。

有源电力滤波器作为用于动态抑制谐波和补偿无功的电力电子装置，是柔性交流输电系统(F A C T S)重要部分，而且被公认为是治理电能质量问题的有效手段。

有源电力滤波器是一种主动型的谐波补偿装置，它能够对大小和频率都变化的谐波，以及变化的无功进行补偿，从而实现动态跟踪补偿，具有高度的可控性和快速响应性，应用前景广阔。

本文从能量守恒原理出发，提出采取基于电容电荷平衡原理的S V P W M调制的直流侧中点电压控制策略。

并通过仿真和实验来验证其正确性。

三电平有源电力滤波器拓扑结构N P C型三电平有源电力滤波器的拓扑结构如图1所示，其工作原理是：运用电流传感器C T采集负载侧和逆变器输出主线路上的电流，同时利用P T 对当前电网电压和逆变器直流侧电容电压进行采样；而后使用谐波检测算法提取出谐波信号，依据所建立的数学模型，计算出每相每个开关器件的PWM开关映射时间，完成跟踪指令谐波电流的任务，从而使电网变压器输出电流干净，没有谐波污染。

令三相逆变器每相桥臂的开关动作函数为S n，因此三相逆变器所有桥臂开关函数汇总表达式为：(1)则建立在abc坐标下的表达式为：(2)由a b c坐标系下数学模型可以看出，各轴的值都是时变的，不利于控制设计，因此考虑将三相abc坐标轴数学模型变换到两相旋转的d q0坐标轴上，从而将时变交流量转化为直流矢量，降低了系统的阶次，便于系统的控制。

本文采用恒功率变换，其变换的系数矩阵为：(3)由式2和3得到d q坐标下的系统表达式：(4)三电平逆变器PWM控制电压空间矢量技术S V P W M来源于电机控制，控制思想就是使电机得到幅值恒定的圆形旋转磁场。

基于cdsc的三电平apf电流预测控制

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摘要：针对三电平有源电力滤波器ＡＰＦ提出一种基于级联延时信号消除ＣＤＳＣ法的柔化模型预测控制方
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案进行谐波补偿构造ＣＤＳＣ模块提取指令电流信号对指令信号进行柔化处理后通过电流预测模型进行预

基于无谐波检测的三电平APF功率控制研究

基于无谐波检测的三电平APF功率控制研究随着电力质量问题的日益凸显，无谐波检测技术在电力系统中的应用越来越受到关注。

在这个背景下，基于无谐波检测的三电平主动电力滤波器(APF)功率控制研究成为了一个热门领域。

三电平主动电力滤波器是一种通过电力电子器件实现的滤波器，它能够有效地抑制电力系统中的谐波和无功功率。

然而，由于电力系统中存在着各种各样的谐波问题，传统的功率控制方法往往无法满足实际需求。

因此，基于无谐波检测的功率控制方法应运而生。

基于无谐波检测的三电平APF功率控制研究主要包括三个方面：谐波检测、控制策略和实验验证。

首先，谐波检测是基于无谐波检测的三电平APF功率控制的基础。

在电力系统中，谐波的检测是非常重要的，因为只有准确地检测到谐波，才能采取相应的控制措施。

目前，常用的谐波检测方法有快速傅里叶变换(FFT)、小波变换(WT)和模型算法等。

其次，控制策略是基于无谐波检测的三电平APF功率控制的核心。

控制策略的设计涉及到滤波器的运行模式、电流控制方式和谐波补偿的策略等。

根据不同的需求，可以采用时域控制、频域控制和复数控制等不同的控制策略。

最后，实验验证是基于无谐波检测的三电平APF功率控制研究的重要环节。

通过实验验证，可以评估所提出的控制策略的有效性和性能，并验证其在实际应用中的可行性。

实验验证可以采用实际电力系统的模拟实验或者实际电力系统的实际运行实验。

综上所述，基于无谐波检测的三电平APF功率控制研究是一个具有重要意义的研究方向。

通过合理设计谐波检测方法和控制策略，并进行实验验证，可以提高电力系统的质量和稳定性，为实现高效、可靠、安全的电力供应做出贡献。

单位功率因数与重复预测在APF中的应用

电气传动2015年第45卷第4期单位功率因数与重复预测在APF 中的应用王梦琼，许春雨（太原理工大学电气与动力工程学院，山西太原030024）摘要：单位功率因数检测法把有源电力滤波器与非线性负载并联等效为电阻性负载，用于谐波检测时准确性高、实时性好。

电流跟踪控制采用空间矢量脉冲调制控制策略，通过重复预测环节实现无差拍控制，以提高补偿电流跟踪控制的实时性。

在Matlab/Simulink 环境下建立三相并联型APF 仿真模型进行仿真实验，搭建实验平台并在低压条件下进行实验验证，结果表明单位功率因数谐波检测法及基于重复预测的无差拍控制方案在保证系统稳态精度的同时有效改善了系统的动态响应性能。

关键词：有源电力滤波器；单位功率因数检测；锁相环；重复预测中图分类号：TN713+.8文献标识码：BApplication of Unity Power Factor and Repetitive Predictor in APFWANG Meng⁃qiong ，XU Chun⁃yu（College of Electrical and Power Engineering ，Taiyuan University ofTechnology ，Taiyuan 030024，Shanxi ，China ）Abstract:Unity power factor detection has high accuracy and good real⁃time used in harmonic detection ，whereactive power filter and nonlinear load are equivalent in parallel to a resistive load.The current tracking control used space vector pulse width modulation （SVPWM ）method.Meanwhile ，the repetitive predictor was applied so as to improve real⁃time of compensation current in tracking control.Built a three⁃phase shunt active power filter simulation model in Matlab/Simulink environment to take simulation.Set up the experimental platform of APF and experimentunder the low voltage condition.The results show that unity power factor detection and deadbeat control mothod basedon repetitive predictor can acquire good dynamic response performance as well as high precision.Key words:active power filter （APF ）；unity power factor detection （UPF ）；phase⁃locked loop ；repetitive predictor基金项目：教育部博士点基金项目（20101402120004）作者简介：王梦琼（1987-），女，硕士研究生，Email ：************************1引言随着电力电子装置的广泛应用，电网中的谐波问题日益严重。

三电平有源电力滤波器谐波电流跟踪无差控制方法

第43卷　第8期2009年8月西　安　交　通　大　学　学　报J OU RNAL O F XI ′AN J IAO TON G UN IV ERSIT YVol.43　№8Aug.2009三电平有源电力滤波器谐波电流跟踪无差控制方法何英杰1,刘进军1,王兆安1,邹云屏2(1.西安交通大学电气工程学院,710049,西安;2.华中科技大学电气与电子工程学院,430074,武汉)摘要:为了提高三电平有源电力滤波器(A PF )的谐波抑制能力,对其闭环控制系统进行研究发现,跟踪参考谐波电流的控制方法是决定三电平A PF 补偿质量的关键.分析了传统电流状态反馈解耦PI 调节器的局限性,提出一种新型PI 控制方法.在该方法中,采用状态观测器,对A PF 下一拍输出电流进行估计,弥补了数字控制系统一个载波周期的延时.采用重复预测型观测器,对指令谐波电流进行预测,具有动态响应快、且稳定后无静差的特性,因而改善了整个系统的控制效果.基于该控制方法进行了实验研究,从实验结果可以看出,加入该PI 控制器后,系统电流的正弦性大大提高,突加负载和突减负载时,滤波系统能瞬时跟踪负载变化,有很好的动态响应速度.关键词:有源电力滤波器;三电平变流器;PI 控制;观测器中图分类号:TM761　文献标志码:A 文章编号:02532987X (2009)0820090205收稿日期:2009201209.　作者简介:何英杰(1978-),男,讲师.　基金项目:国家科技支撑计划资助项目(2007BAA12B03);中国博士后基金特别资助项目(200801429);中国博士后科学基金资助项目(20070421112).Novel Control Algorithm of T racking H armonic Current with Little Static Misadjustment for Active Pow er Filter with Three 2Level NPC InverterH E Y ingjie 1,L IU Jinjun 1,WAN G Zhao ′an 1,ZOU Yunping 2(1.School of Electrical Engineering ,Xi ′an Jiaotong University ,Xi ′an 710049,China ;2.School of Eletrical andElectronics Engineering ,Huazhong University of Science and Technology ,Wuhan 430074,China )Abstract :To imp rove t he overall performance of t he t hree 2level active power filter (A PF ),t he clo sed 2loop control system of t his A PF is investigated ,and it is found t hat tracking command har 2monic current is one of t he keys to designing t his A PF.The current state feedback decoupling PI cont rol is analyzed in detail and t he limitation of t he conventional PI conditioner in t he t raditional st rategies ,a novel PI cont rol met hod is propo sed ,where t he predictive outp ut current value is obtained by t he state p redictor ,and t he delay of one sampling period is remedied in t his digital cont rol system by t he state predictor.The p redictive command harmonic current value is obtained by t he repetitive p redictor synchrono usly wit h higher dynamic convergence rate and little static misadjust ment.The experiment result s demonst rate t he steady filtering capability.K eyw ords :active power filter ;t hree 2level inverter ;PI cont rol ;predictor 有源电力滤波器(A PF )作为一种能动态抑制谐波的电力电子装置广受关注,并出现了众多的电路拓扑结构和控制方案[122].但是,装置电压等级高、容量大势必会给A PF 带来大的损耗、大的电磁干扰以及制约A PF 的动态补偿特性等问题,所以迄今为止尚未产生一种被广泛接受适合于中高压、大容量谐波治理的电路拓扑结构和控制方法.多电平变换器在高电压、大功率方面得到广泛应用,特别是在减小电网谐波和补偿电网无功方面有着非常良好的应用前景.在所有的多电平拓扑中,二极管钳位型三电平变换器是当前应用和研究最多的拓扑结构[3],三电平A PF 也得到了广泛的研究[4].跟踪参考指令电流信号的控制方法是决定三电平A PF 谐波补偿质量的关键.在脉宽调制整流器中,电流状态反馈解耦PI 控制得到了广泛应用,因为它能无静差地跟踪直流量指令值,而且其控制器结构简单,参数设计和工程化整定方法已趋成熟.当它应用于A PF 时,指令信号是含有多种频率成分的交流信号,频率高于基波频率很多,跟踪时会产生显著误差.本文对A PF 的电流状态反馈解耦PI 控制进行深入分析,提出了一种新的控制方案.该方法构造一个重复预测型观测器提供谐波指令电流预测值,构造一个状态观测器抵消采样延时.实验结果表明了这种控制方法的正确性和可行性.1　三电平A PF 数学模型三电平有源电力滤波器主电路基本结构如图1所示.根据三电平PWM 变换器的开关函数,可以将每相桥臂等效为一个单刀三掷开关,得出三电平PWM变换器的等效电路,如图2所示.u sa 、u sb 和u sc 为三相电网输入电压;i ca 、i cb 和i cc 为三相并联型有源滤波器输入电流;L s 和R s 分别代表有源滤波器滤波电感和交流电抗等效电阻;直流侧串联了两个值为C d 的滤波电容,它们的电压分别为u dc1和u dc2;电容中点与电网中性点之间的电压为u No图1　三电平有源滤波器主电路为了便于推导出系统数学模型,可将开关函数进一步分解:当S a =1时,定义S 1a =1,S 2a =0,S 3a =0;当S a =0时,定义S 1a =0,S 2a =0,S 3a =1;当S a =-1时,定义S 1a =0,S 2a =1,S 3a =0.b 相、c 相的开关函数也做如上分解.考虑系统是三相无中线系统,且假定三相电网电压平衡.考虑控制系统设计的需要,省略繁琐的公式推导,得到dq 两相旋转坐标系下三电平有源滤波器数学模型为[5]Z Y ・=MY +NV (1)式中Z =diag [L s L s C d C d ]Y =[i c d i c q u dc1　u dc2]TM =-R sωL s-S d 1Sd 2-ωL s -R s -S q 1S q 2S d 1S q 100-S d 2-S q 2N =[1　1　0　0]V =[u s d u s q 0　0]图2　三电平拓扑有源滤波器等效电路2　控制系统结构三电平有源滤波器的控制系统可分为电压外环和电流内环两部分.电压外环维持变流器直流侧电压恒定[5],电流内环可分为求取补偿电流参考值的上层算法模块和跟踪参考电流的控制模块两部分.本文在上层算法模块中,采用基于瞬时无功功率理论的谐波检测法,在控制模块中,采用电流状态反馈解耦PI 控制加空间矢量PWM 调制方法.在空间矢量PWM 调制中,通过检测i a 、i b 和i c 的方向,根据此时中点电压波动的方向对相邻三个电压矢量对应开关状态进行取舍,控制中点电位波动[6],控制框图如图3所示.图3　三电平拓扑有源滤波器控制系统框图3　电流状态反馈解耦PI 控制从式(1)可得跟踪参考电流控制模块的数学表达式19　第8期何英杰,等:三电平有源电力滤波器谐波电流跟踪无差控制方法X ・=AX +BU (2)X =[i c d i c q ]TU =[u s d -u d u s q -u q ]TA =-R s /L sω-ω-R s /L sB =1/L s 001/L s 从式(2)可以看出,dq 坐标系下电流i c d 、i c q 之间存在耦合关系,当控制其中的一个时,不可避免地将引起另一个状态变量的变换.状态反馈解耦的基本思路是在电流调节器输出之后加一个状态反馈环节,利用状态反馈以达到解耦的目的,控制系统框图如图4所示.经过推导,整个电流环控制系统被简化,为如图5所示,PI 的传递函数为K ii (τi s +1)/s ,K pi =K ii τi ,认为PWM 变流器为一个带延时的增益环节,G p 表示变流器的放大倍数,而T p代表变流器的延时.图4　状态反馈解耦PI 控制框图图5　解耦系统电流环控制框图图5所示系统的开环传递函数是C o (s )=K u G s (τt s +1)s (T s s +1)(T p s +1)(3)式中:T s 是电感时间常数(等于L s /R s );K s =1/R s .为设计方便,我们根据经典的二阶最佳设计原则,通过PI 控制器把电流环校正成一个最佳二阶系统.采用常规SPWM 技术,G p =1,PWM 调制器的时间常数为T p =015T ,其中T 为采样(开关)周期,即可确定电流控制器PI 参数为K pi =L s /T ,K ii =R s /T.将电流控制器参数代入电流闭环传递函数,得C h (s )=1015T 2s 2+Ts +1(4) 由于C h (s )是二阶的,为分析方便对电流闭环传递函数做降阶处理.式(4)的二阶项系数015T 2非常小,可以忽略,代入电流控制器参数,得电流闭环传递函数C (s )近似等于i c i 3c=(K pi L s s +K ii I s )/(s 2+K ps +R s L s s +K iiL s )(5) 由式(5)的Bode 图可以看出,电流环对低频信号有很高的跟踪精度,对高频信号抑止能力比较弱.由于A PF 控制的是谐波电流,在dq 轴上给定的指令相对于基波而言是频率较高的许多不同次数交流分量叠加,所以PI 调节器无法实现无静差跟踪.指令信号频率越高,PI 调节器跟踪越困难.因本文采用数字控制系统,将式(5)所示校正后的电流环进行离散分析.选用近似离散公式d i c /d t =(i c (k +1)-i c (k ))/T ,离散后电流环模型为Ti c (k +1)-i c (k )T+i c (k )=i 3c (k )(6) 对式(6)整理得i c (k +1)=i 3c (k ),该控制方法下一拍的输出电流等于当前拍的指令电流,所以控制系统总是差一拍.因此,改进该控制方法的关键在于预测出下一拍指令电流,将它带入当前拍计算,使i c (k +1)=i 3c (k +1).电网中非线性负载多种多样,不可能由一个确定的模型来描述,但却满足每周期重复出现的特征.利用这一特点,本文构造了一个重复预测型观测器提供谐波指令电流预测值.为抵消数字系统采样计算一个载波周期的延时,本文构造一个状态观测器提供下一拍输出电流观测值[7].该新型PI 调节器包含一个状态观测器和一个重复预测型观测器.在(k -1)时刻采样得到i c (k -1),由状态观测器给出预测值i ^c (k ),由重复预测型观测器提供谐波指令电流预测值i 3c (k +1),由此可以计算出k 采样周期指令电压u 1(k ),使i c (k +1)=i 3c (k +1).用状态观测器对电流输出值i c (k )进行预测.由式(2),采样周期为T ,等值离散化系统表示为X (k +1)=GX (k )+HU (k )(7)X (k )=i c d (k )　i cq (k )TU (k )=u s d (k )-u d (k )　u s q (k )-uq (k )TG =eA T;　H =(e A T -I )A -1B基于式(7),可以构造一个标准的全维状态观测器X ^(k +1)=GX ^(k )+HU (k )+T (X (k )-X ^(k ))(8) 状态观测器的基本原理就是利用观测对象的参数G 、H 重构一个虚拟动力学系统,以后者的状态变29西　安　交　通　大　学　学　报第43卷　量X ^(k )作为实际状态变量X (k )的观测值,见图6.将观测器X ^(k )与实际系统X (k )做比较,根据二者的差值ΔX (k )对状态变量观测值进行校正.T 即为ΔX (k )至状态变量观测值X ^(k +1)的反馈矩阵.由式(7)和式(8)可以得到观测器误差方程e x (k +1)=(X -T )e x (k )(9)图6　状态观测图以上误差系统的动态过程由系数矩阵的两个特征值决定,只要状态观测器的特征值都位于z 平面单位圆内,式(9)就是收敛的.通过配置系数矩阵的特征值,可以调节观测误差的收敛速度以及超调量等动态品质.如图7所示,指令谐波电流的重复预测型观测器可看作是对平推算法所做的重复校正.所谓“平推”是指将指令谐波电流本次计算值作为其下两拍的预测值,其基本关系式为i ^c (k )=i c (k )(10) 当谐波电流波形随周期重复时,预测值与实际值之间的误差也将以固定波形重复出现,用重复校正算法消除这个重复性误差.重复校正算法由周期积分环节、超前补偿环节和比例环节组成.重复校正算法的作用原理是:检测每一时刻的预测误差e ,然后下一周期提前在指令谐波电流上叠加补偿量,使预测结果接近实际值.预测算法的目的是提前两拍给出指令谐波电流预测值,所以预测误差为图7　重复预测型观测图e (k )=i c (k )-i ^c (k -2)(11)式中:e (k )代表在k 时刻计算出的误差,实为(k -2)时刻的预测误差;i ^c (k -2)是(k -2)时刻得出的预测值(依平推算法也就是i c (k -2)),期望它在经过校正后能够接近k 时刻指令谐波电流值i c (k ).式(11)表明:预测误差的计算有两拍的滞后,因此与之成正比的补偿量在下一周期应提前两拍起作用.具体而言,在k 时刻计算出的针对i ^c (k -2)的预测误差e (k ),到了下一周期将乘上k r ,然后叠加于指令谐波电流的第(k -2)次值i c (k -2).这样,就可以使依据平推算法得到的i ^c (k -2)接近i c (k ).由于实际的谐波电流每周期总会有少许的变化,为此周期积分环节中设置了系数0195,避免因不能完全消除预测误差而导致补偿量的无限制增加.4　实验结果利用一台三电平A PF 样机进行实验验证,控制系统采用TMS320F2407DSP 来实现的.实验电路如图1所示,实验电路和控制系统参数列于表1.电网电压为110V ,内阻抗为1m H ,非线性负载为三相桥整流电路带阻感负载,其中电感为120m H ,电阻为8Ω.从图8a 可以看出,加入新型PI 控制后,系统电流的正弦性大大提高,总谐波畸变率(T HD )降到了3130%.这组实验证明了本文提出的PI 控制方法,可以很好地跟踪这种周期指令信号,滤波系统有很高的稳态滤波精度.由图9可以看出,突加负载时滤波系统经过2个周波进入稳态,突减负载时滤波系统能瞬时跟踪负载变化,可见该PI 控制算法具有很好的动态响应速度.表1　实验系统参数符号仿真参数值说明U s /V 110三相交流电源相电压有效值f /Hz 50电网频率L s /m H 2A PF 输出电感R s /Ω015A PF 输出交流电抗等效电阻C d /μF 4700A PF 直流侧电容U dc /V 360A PF 直流侧电压f s /k Hz 916控制系统采样(开关)频率k p 116母线电压控制器比例系数k I64母线电压控制器积分系数k r0198重复预测型观测器比例系数39　第8期何英杰,等:三电平有源电力滤波器谐波电流跟踪无差控制方法(a )负载和系统电流(b )母线电压和A PF 输出电流图8　稳态实验波形(a )突加负载时负载和系统电流(b )突减负载时负载和系统电流图9　动态实验波形5　结　论本文提出了一种新型PI 控制方案.该方案通过状态观测器和重复预测型观测器对下一采样周期的输出电流和下两采样周期的谐波指令电流进行预测,推算出下一采样周期的变换器开关控制量,使输出补偿电流跟踪指令电流,弥补了传统PI 控制电流跟踪的缺点.实验结果表明,该控制策略具有良好的动态响应能力和很高的稳态滤波精度.参考文献:[1]　王兆安,杨君,刘进军.谐波抑制和无功功率补偿[M ].北京:机械工业出版社,1998.[2]　王群,姚为正,王兆安.低通滤波器对谐波检测电路的影响[J ].西安交通大学学报,2002,33(4):528.WAN G Qun ,YAO Weizheng ,WAN G Zhao ′an.Effect of low pass filter on harmonics detection circuit [J ].Journal of Xi ′an Jiaotong University ,1999,30(4):528.[3]　A KIRA N ,TA KA HASHI I ,A KA GI H.A new neu 2tral 2point 2clamped PWM inverter [J ].IEEE Trans on Industry Applications ,1981,17(3):5182523.[4]　ABU R TO V ,SCHN EDER M ,MORAN L ,et al.Anactive power filter implemented with a three 2level N PC voltage 2source inverter [C ]∥Proceedings of the 1997IEEE PESC.Piscataway ,NJ ,USA :IEEE 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