有源电力滤波器滑模-无源控制策略研究

为了提高有源电力滤波器(active power filter,APF)的补偿性能和谐波抑制能力,提出电压外环采用趋近律滑模控制(sliding mode control,SMC)、电流内环采用无源控制(passivity based control,PBC)的SMC-PBC策略。与比例积分(proportion integration,PI)和PBC相结合的PI-PBC策略、PI和滞环电流控制(hysteresis current control,HCC)相结合的PI-HCC策略相比,SMC-PBC策略可以使APF在负载改变时补偿后的电网电流更接近于正弦波。通过MATLAB/Simulink实验平台进行仿真验证,结果表明SMC-PBC策略有效可行。

APF有源电力滤波器分析及控制方法综述

有源电力滤波器(Active Power Filter,APF)作为一种抑制动态谐波和进行无功补偿的新型电力电子装置,其补偿效果与其拓扑结构、谐波检测方法和控制策略等密切相关。本文从拓扑结构,谐波检测,控制策略三个方面归纳总结了APF当前的国内外研究现状,简述了不同方法的原理和优缺点,并对未来的研究方向进行了展望。

模块化有源滤波器APF在JX1-1 CEPA平台的应用

JX1-1 CEPA平台电潜泵大量采用一对一施耐德低压变频器,每一台施耐德变频器均配置了同等容量的前置无源滤波器,这种传统的无源滤波器在滤除谐波的同时,会给电网注入容性无功功率,导致整个平台的电网电流偏高、无功功率偏大、功率因数很低、变压器出力下降及利用率低等多个问题。本文主要介绍了海上石油平台谐波的产生及危害,并对JX1-1 CEPA平台电潜泵供电系统的谐波及无功功率进行了分析,提出了增加模块化有源滤波器APF的治理方案,通过对有源滤波器APF使用前、后的谐波、电流、无功、温度、变压器档位等状况进行比对和分析,证明模块化有源滤波器的优越性及实用性。现场运行结果表明,有源滤波器投用后,A、B段的功率因数由容性0.56和0.46,均提高到感性0.97;无功功率明显减小,其中A段减小了900A、B段减小了1200A,变压器负荷降低近一半,大幅降低电网的线路损耗。

三相三线有源电力滤波器滞环电流控制策略

滞环电流控制是三相四线有源电力滤波器(APF)常用的电流控制方法,但在三相三线APF中应用不够成熟。分析了三相三线APF滞环电流控制策略的原理及可行性,给出了滞环控制中关键参数的设计和选择方法。通过对开关模态及三相电流关系的分析,推导出了三相三线APF直流侧电压选择的理论参考公式。在此基础上提出一种基于双数字信号处理器的APF数字滞环电流控制方法,实现了全数字化三相三线APF的滞环电流控制,实验结果证明了该方法的有效性。

用于有源滤波器谐波检测的一种新的自适应算法

提出了一种新的变步长最小均方(least-mean-square,LMS)自适应谐波检测算法,并将其应用于有源电力滤波器中。以一种时变步长迭代方法取代传统的定步长迭代法,旨在提高算法在求取均方差最小值的过程中方向估值的精度,从而达到提高算法收敛速度的目的。文中详细推导了2阶步长迭代公式,并导出了扩展的N阶步长迭代公式的递归表达式。通过仿真将所提出的新算法与传统的定步长算法进行了比较,证明新算法的收敛特性明显优于传统算法。

有源电力滤波器直流电压的模糊控制

采用带有自调整因子的模糊控制规则设计了有源滤波器直流侧电压的模糊控制器。为了简化系统设计,采用非均匀量化规则,并由直流侧电压的控制直接得到电源电流参考值,最后将模糊控制和PI控制相结合,构建了复合控制器。该控制器结合了PI控制稳态精度高和模糊控制鲁棒性强及自适应的优点。仿真和实验结果验证了该复合控制器在抑制电压超调、减小电流冲击、补偿谐波和无功电流等方面的有效性。

有源电力滤波器的电流控制新方法

基于最优电压空间矢量原理,提出了适用于并联型有源电力滤波器的双滞环电流控制新方法,达到了减少高次谐波分量、加快响应速度的目的。利用具有较大带宽的迟滞比较器采用“尝试-错误-校正-保持”的方法确定了参考电压空间矢量区域,通过引入电压空间矢量提高了直流侧电压利用率,降低了开关频率,改善了有源滤波器性能。仿真实验验证了该方法的可行性和有效性。

并联型有源电力滤波器的无功功率选择性补偿方法

有源电力滤波器在不同的应用场合需为负载提供不同的无功功率。为此,提出了一种有源电力滤波器输出无功的可控方法。该方法利用电网负载电流或电网电压产生基波因子,再和电压控制器的输出相乘产生电网电流的控制信号,使得有源电力滤波器能够在滤除谐波时有选择性地补偿无功功率,可以补偿无功或不补偿无功,克服了传统有功平衡控制方法只能实现谐波和无功功率同时补偿(不适合应用于大容量无功功率负载)的缺点,适合于更多的应用场合;并且该方法无需坐标变换,算法简单;此外,该方法还不需要锁相环电路,硬件成本低。实验结果验证了该方法的有效性和正确性。

改进直流侧串联型有源电力滤波器的滑模控制方法

针对广泛应用的整流类负荷的谐波治理,提出一种基于滑模控制的改进型直流(DC)侧串联型有源电力滤波器(APF)。这种DC侧APF与传统的DC侧APF相比,调压范围更广,且2个全控开关工作在同一频率下,控制和驱动电路得到简化。同时滑模控制是一种非线性控制方法,具有控制结构简单,对外界干扰鲁棒性强,且动态响应速度快等优点,已广泛用于电路结构随开关管状态变化的变换器中。该文将此控制用于该DC侧APF中,针对控制目标,建立了降阶的滑模面,并应用等效控制理论分析了滑模控制的存在和稳定条件。仿真结果证明了这种非线性控制具有较好的抗扰动能力和较快的反应速度,也证明了该理论分析的正确性。

基于分数阶PI~λ控制器的有源电力滤波器直流侧电压控制

直流侧电压的稳定控制是保证有源电力滤波器(APF)性能的关键。文中基于APF直接功率控制系统,给出直流侧电压功率控制模型,提出采用分数阶比例—积分(FO-PIλ)控制器进行直流侧电压稳定控制,采用频域方法设计FO-PIλ控制器,并用来调节直流侧电压的大小和波动,以减少对APF的功率损耗和补偿性能的影响。仿真分析表明:基于FO-PIλ控制器的APF直流侧电压控制具有良好的动态性能和更强的鲁棒性;在负载扰动和电压闪变的情况下直流侧电压仍然稳定,能够快速精确地稳定在给定值;新的控制方案优于传统使用比例—积分(PI)控制的方案。

电压不平衡下三相4开关有源电力滤波器电流参考值

三相4开关并联型的有源电力滤波器(APF)拓扑简单,开关损耗小、经济效益高,但控制性能易受到电压不平衡的影响,特别是直流母线中点电压不平衡和电网电压不平衡。为抑制该影响,对第1种不平衡情况,通过三相4开关并联型APF建模,推导出直流母线中点电压不平衡对三相4开关逆变器输出特性影响机理,它的存在将影响三相输出对称性,为此提出了一种电容电压差值前馈控制方法,可有效抑制直流母线中点电压不平衡带来的影响;针对电网电压跌落引起的不平衡和短时故障等现象,从APF补偿目标出发,在矢量分析的基础上,提出了一种基于线电压合成的电流参考值生成策略,具有使用传感器少、适合多种不平衡情况的优点。仿真和实验验证了方法的可行性。

新型直流侧串联型有源电力滤波器

通过对电压型谐波源补偿特性的分析,说明了传统并联型有源电力滤波器(active power filter,APF)补偿该类谐波源的不足,设计了一种新型的直流侧串联型APF。与传统的交流侧串联型APF相比,该APF串联在整流桥的直流侧,简化了电路结构,减少了有源开关的数量,用于对电压型谐波源的谐波治理有很大的技术优势。文中对直流侧串联型APF的电路拓扑和基本原理进行了分析,推导了相应的控制实现方程,给出了主电路主要参数(滤波电感和储能电容)的设计和选取标准,为系统的合理设计提供了理论依据。仿真结果验证了理论分析的正确性与可靠性。

LCL滤波的并联有源滤波器的虚拟阻尼控制

为实现LCL滤波器的稳定控制而不额外增加系统损耗,提出了基于虚拟阻尼思想的有源滤波器输出并网电流控制策略,通过并网侧电感电流外环控制器的引入充分提高了系统的鲁棒性,即使电网存在畸变系统也能有效工作,而且可以有效控制补偿电流的精度,通过电容电流或电容电压内环来实现系统的稳定。该控制方法具有较好的谐波补偿精度和开关纹波衰减率,系统具有良好的稳态和动态性能。仿真结果证明了所提出的控制策略的正确性。

一种新型的基于磁通补偿的并联混合型有源电力滤波器

提出一种基于磁通补偿原理和谐波电流分流技术的新型并联混合型有源电力滤波器,并推导了这一新理论。这种新型滤波器通过拓扑结构的改变,使电网中的谐波电流流入三绕组变压器的两个线圈,在变压器铁芯中产生的谐波磁通部分补偿,未完全补偿的部分由APF产生的谐波电流的磁通进行补偿,最终达到减小APF容量的目的。在此基础上,利用MATLAB对这种新型滤波器的稳态和暂态的特性进行了仿真研究,并与传统并联混合型电力滤波器APF容量的计算比较,证明了该原理的正确性。

基于三相旋转参考相量的并联有源电力滤波器谐波电流精确检测方法

基于瞬时无功功率理论,建立了一个与电网电压同频率的单位对称基准旋转相量,提出了一种运用APF精确检测谐波电流的方法。该方法利用对称基准旋转相量求解基波正序有功电流幅值,并分别计算电压、电流与基准旋转相量相位差的正余弦值,从而求出基波功率角,消除检测基准旋转相量与电网电压的相位偏移。仿真结果验证了该方法的正确性,表明该方法不需要检测基准旋转相量和电网电压的相位同步情况,不仅适用于负载电流畸变且不对称的情况,而且适用于电网电压畸变且不对称的情况。

中高压电网有源电力滤波器拓扑结构对比分析

随着中高压大容量非线性负载不断增加,中高压电网的谐波污染问题日益严重。有源电力滤波器(APF)作为治理谐波最有效的手段,其在中高压大容量领域的应用已经成为电气工程学科的研究热点。但是由于功率器件耐压水平的限制,迄今为止尚未产生一种广泛适用于中高压大容量谐波治理的电路拓扑结构和控制方法。针对用于中高压有源电力滤波器的拓扑结构进行研究,对比分析了变压器低压侧接并联型有源电力滤波器拓扑结构,混合型有源电力滤波器拓扑结构,多电平有源电力滤波器拓扑结构等各种变流器结构,指出了各自的优缺点。

一种改进的高压大功率有源电力滤波器设计及实现

设计了一套用于高压系统的大容量有源电力滤波器。该APF采用双DSP+CPLD为核心的数模混合控制系统。谐波电流检测方法采用离散傅立叶变换,电流跟踪采用三角载波比较方式。并针对直流侧电容电压控制,提出了一种新的基于趋近率的滑模变结构控制方法,该方法跟踪性能好、鲁棒性强,克服了传统PI调节超调量和静态响应误差大、响应速度慢、参数难调节等缺点。挂网运行表明该APF谐波抑制效果显著。

模块化多电平有源滤波器控制策略研究

为了增大有源滤波器(APF)的容量,利用了模块化多电平(MMC)型变流器具有耐压等级高和等效频率高的特点,提出了一种三相二十四模块的有源滤波器控制算法。该算法设计了电容电压控制策略,保证子模块电容电压稳定;同时根据模块化多电平换流器特点,设计电压间接控制算法使得APF输出i_p-i_q法检测的补偿电流,从而保证系统侧电流为基波正序电流。该方法控制简便,易于实现,Matlab/Simulink仿真实验证明了其有效性。

三相有源电力滤波器的灰色变结构控制器设计

结合灰色系统理论和变结构控制理论,设计一种新型三相有源电力滤波器的灰色变结构控制器。此控制器是在传统VSC的滑模面附近增设边界层,同时将饱和函数代替传统变结构中符号函数,再通过灰色预测下一状态值来调整滑模控制增益大小,有效地减弱了传统变结构控制的“抖动”现象。仿真结果表明:在GVSC控制下的APF具有更好的补偿效果,且直流电容电压更稳定。

新颖的有源电力滤波器复合控制方法

为了进一步提高有源电力滤波器(APF)的补偿性能,本文提出了一种将输入/输出反馈线性化与基于电压空间矢量的双滞环脉宽调制相结合的APF复合控制方法。通过反馈线性化理论,将APF在d-q坐标系下模型解耦为两个独立的电流环,构成两个电流内环和一个电压外环的控制结构。提出一种采用旋转坐标系下主电路开关函数控制量作为原系统模型的输入变量,来确定主电路交流侧参考电压矢量的方法。仿真结果表明该复合控制方法实现了APF系统模型的线性化和补偿电流d、q分量的解耦,系统在稳态和负载突变的情况下都具有良好的补偿特性。