基于模糊自适应PI控制的有源电力滤波器.doc

《自动化与仪器仪表》2011年第3期(总第155期)基于模糊自适应PI控制的有源电力滤波器郭丽娜,史祥翠,邵亚娟121(1郑州铁路职业技术学院郑州,454000)(2河南理工大学焦作,454150)摘要:分析了有源电力滤波器的结构及其工作原理,提出了模糊自适应PI控制策略并应用到有源电力滤波器直流侧母线电压的控制中。仿真实验表明,该控制算法提高了系统的动态性能和抗干扰性。关键词:有源电力滤波器;模糊自适应PI控制;直流侧电压控制Abstract:-adaptivePI£¬andbeingusedinDC--:ActivePowerFilter;self-adaptivefuzzyPIcontrol;DC-sidevoltagecontrol中图分类号:TP273+.2 文献标识码:B 文章编号:1001-9227(2011)03-0069-030 引言随着电力电子技术、计算机技术和控制技术的发展以及电力电子器件的广泛应用,电网中的谐波污染也日趋严重,如何减少和消除谐波成为了当前亟待解决的一个问题。目前,消除谐波的方法主要有LC滤波器和有源电力滤波器(Active Power Filter,APF)。由于LC滤波器存在补偿性能较差,难以对变化的无功功率和谐波进行有效补偿的缺点,使得对响应速度快、能够动态连续实时补偿的APF的研究和应用越来越广泛。为了保证APF能够正常工作,且能够实时精确的补偿谐波电流,须使逆变器直流侧有足够大的电容电压且能保持稳定。所以,直流电容的选择及其电压的稳定控制对于电压源型逆变器功率电路的设计至关重要,并且直接影响到APF的补偿效果和安全性。通常对APF直流侧电压采用PI控制,但是PI控制往往需要建立精确的数学模型,鲁棒性较差,容易引起电压超调和电流冲击,导致系统过压、过流保护动作,严重时会导致IGBT等期间的过流击穿。模糊控制器是近年发展起来一种的新型控制器,它的优点是不要求掌握受控对象的精确数学模型,而根据人工控制规则组织控制决策表,然后由该表决定控制量的大小。本文将模糊控制与PI控制两者结合起来,提出了模糊自适应PI控制,并将其应用在对APF的控制中,扬长避短,既具有模糊控制灵活而适应性强的特点,又具有PI控制精度高的特点,大大提高了系统的动态性能和抗干扰性。仿真结果证明了所提出的控制策略的有效性。1 有源电力滤波器的构成及工作原理图1为最基本的有源电力滤波器(APF)系统构成的原理图。图中,es表示交流电源,负载为谐波源。有源电力滤波器系统由指令电流运算电路和补偿电流发生电路(由电收稿日期:2011-02-22作者简介:郭丽娜(1981-),女,硕士,主要研究方向为电力电子与电气传动。流跟踪控制电路、驱动电路和主电流三部分构成)组成。其中,指令电流运算电路的核心是检测出补偿电流对象电流中的谐波和无功等电流分量;补偿电流发生电路的作用是根据指令电流运算电路得出的补偿电流的指令信号,产生实际的补偿电流。主电路目前均采用PWM变流器。图1 并联型有源电力滤波器系统构成工作原理:检测补偿对象的电压和电流,经指令电流运算电路计算得出补偿电流的指令信号,该信号经补偿电流发生电路放大,得出补偿电流,补偿电流与负载电流中要补偿的谐波及无功等电流抵消,最终得到期望的电源电流。2 有源电力滤波器直流侧电压控制原理由上面的分析可知,补偿电流发生电路是并联型有源电力滤波器的一大组成部分。补偿电流发生电路由逆变器及其相应的驱动电路、电流跟踪控制电路组成,APF直流母线上接的直流电容器作为逆变器的电源,为逆变器工作提供能量。逆变器正常工作需要稳定的直流母线电压,但是由于靠电容器提供能量,电容器的端电压必然受电网和负载的能量状况影响,随着工况的变化而变化。为使逆变器有良好的补偿电流跟随性能,必须将逆变器直流侧电容的电压控制为一个适当的值。目前对于APF直流母线电压的控制主要有两种措施:(1)为直流侧电容再提供一个单独的直流电源。69