CN108110772A - 一种新型三相四开关有源电力滤波器控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种新型三相四开关有源电力滤波器控制方法，其特征在于该方法针对LCL型TF‑APF系统，设计了一种新型复合重复控制器，采用改进电容电流反馈的控制方法抑制谐振峰；将重复控制与PI控制相结合的复合控制策略，能够提高系统对指令电流跟踪的稳态特性与动态特性。使用该新型三相四开关有源电力滤波器控制方法，能够在容错的状况下实现对谐波的有效补偿，提高系统运行的稳定性与可靠性。通过采用电容电流反馈控制方法，可以有效抑制谐振峰，并能避免阻尼损耗和高频衰减特性变差等问题，提高了稳定性和可靠性。通过对复合重复控制器的合理设计，使得复合重复控制器能够高精度快速地跟踪指令电流信号，提高了LCL型TF‑APF的补偿精度。

Description

一种新型三相四开关有源电力滤波器控制方法
技术领域
本发明属于电流跟踪领域，尤其涉及一种基于复合重复控制策略的新型三相四开关有源电力滤波器控制方法。
背景技术
20世纪80年代以来，电力电子技术飞速发展，各种电力电子装置得到了越来越广泛的应用。这些非线性负载使电网谐波含量不断上升。有源电力滤波器(Active PowerFilter，APF)作为一种动态、灵活的谐波治理手段，得到了广泛的研究与应用。尤其在APF的稳定性与可靠性运行方面，近年来受到了更多的关注。三相四开关有源电力滤波器(Three-phase Four-switch Active Power Filter，TF-APF)作为三相六开关APF的容错拓扑，能够在容错状态下实现与三相六开关APF相同的功能，相关研究对于APF的稳定可靠运行有着重要的意义。目前对于TF-APF的研究主要集中于普通TF-APF在容错拓扑结构、直流侧稳压、调制策略、控制算法等方面，对于采用LCL输出滤波器的TF-APF的研究并未引起足够重视。LCL输出滤波器相比于传统的L和LC输出滤波器，具有体积更小，高频衰减性能更好，动态响应速度更快等优点，能够进一步提高TF-APF的补偿精度。
然而，LCL 型输出滤波器存在谐振尖峰，对系统稳定性十分不利。传统的无源阻尼谐振抑制方法存在阻尼损耗过高、系统发热、开关频率滤波效果受限等缺点。因此，有学者提出了采用电容电流反馈的有源阻尼方法来抑制谐振峰。但是目前的研究主要针对 LCL型六开关APF 拓扑，且此时控制方法一般为单纯PI 控制，对于 LCL型四开关容错 APF 的复合重复控制与电容电流反馈控制研究尚未引起足够重视。重复控制基于内模原理，近年来在三相六开关APF上得到了较多的应用。虽然重复控制具有无静差跟踪周期性给定信号的优点，但逐周期累加控制的特性使其同时具有响应速度慢的缺点。
发明内容
本发明就是针对上述问题，设计了一种基于复合重复控制策略的新型三相四开关有源电力滤波器控制方法，针对LCL型TF-APF系统，设计复合重复控制器，采用改进电容电流反馈的控制方法抑制谐振峰；将重复控制与PI控制相结合的复合控制策略，能够提高系统对指令电流跟踪的稳态特性与动态特性。本发明采用的技术方案是，一种新型三相四开关有源电力滤波器控制方法，包括LCL输出滤波器、三相四开关APF、复合重复控制器。所述的LCL输出滤波器，用于滤除APF输出的高频开关次谐波，流过的基波电流很小，所以建模时可忽略 RC 支路影响。主电路中两个串联的电容器完全相同，电压相等。
所述的三相四开关APF，直流电压利用率仅为同条件下三相六开关APF的一半。功率器件采用英飞凌型号FP100R12WKT4的IGBT，额定电压为1200V，额定电流为100A。
所述的复合重复控制器，由改进重复信号发生器和补偿器组成。改进重复信号发生器是在重复控制正反馈环节的前向通道上串联一个低通滤波器，通常为一个略小于1的常数。补偿器针对被控对象设计，用来补偿幅值和相位偏差，对系统稳定性有重要作用。
本发明的有益效果是，该新型三相四开关有源电力滤波器控制方法，能够在容错的状况下实现对谐波的有效补偿，提高系统运行的稳定性与可靠性。通过采用电容电流反馈控制方法，可以有效抑制谐振峰，并能避免阻尼损耗和高频衰减特性变差等问题，提高了稳定性和可靠性。通过对复合重复控制器的合理设计，使得复合重复控制器能够高精度快速地跟踪指令电流信号，提高了LCL 型TF-APF 的补偿精度。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。
图 1 是本发明电路原理框图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的新型三相四开关有源电力滤波器控制方法，包括LCL输出滤波器、三相四开关APF、复合重复控制器。
所述的LCL输出滤波器，用于滤除APF输出的高频开关次谐波，流过的基波电流很小，所以建模时可忽略 RC 支路影响。主电路中两个串联的电容器完全相同，电压相等。本文采用一种基于电容电流反馈的控制方法，从电容支路引入负反馈电流，经过比例增益后接入复合重复控制器的输入端，再经过复合重复控制器的控制便能够有效抑制谐振峰，解决无源阻尼存在的两个问题。
所述的三相四开关APF，直流电压利用率仅为同条件下三相六开关APF的一半。功率器件采用英飞凌型号FP100R12WKT4的IGBT，额定电压为1200V，额定电流为100A，该型号IGBT功率小而饱和压降低，并且控制电路简单，在各种电力变换中获得了广泛应用。
所述的复合重复控制器，由改进重复信号发生器和补偿器组成。改进重复信号发生器是在重复控制正反馈环节的前向通道上串联一个低通滤波器，通常为一个略小于1的常数。补偿器针对被控对象设计，用来补偿幅值和相位偏差，对系统稳定性有重要作用。再将响应速度快的PI控制与跟踪精度高的重复控制复合的控制策略，能够提高系统对指令电流跟踪的稳态特性与动态特性。
以上关于本发明的具体描述，没有局限性，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种新型三相四开关有源电力滤波器控制方法，包括滑模变结构控制器、控制芯片、非线性负载，其特征在于该方法的电压外环采用滑模变结构控制，在电流内环，当系统电流偏差被控制在一定范围内时，开关状态的选择以提高系统的控制精度为目标；当系统电流偏差较大时，开关状态的选择以提高暂态响应速度为目标。
2.根据权利要求 1所述的新型三相四开关有源电力滤波器控制方法，其特征在于，所述的LCL输出滤波器，用于滤除APF输出的高频开关次谐波，流过的基波电流很小，所以建模时可忽略 RC 支路影响。主电路中两个串联的电容器完全相同，电压相等。
3.根据权利要求 1所述的新型三相四开关有源电力滤波器控制方法，其特征在于，所述的三相四开关APF，直流电压利用率仅为同条件下三相六开关APF的一半。功率器件采用英飞凌型号FP100R12WKT4的IGBT，额定电压为1200V，额定电流为100A。
4.根据权利要求 1所述的新型三相四开关有源电力滤波器控制方法，其特征在于，所述的复合重复控制器，由改进重复信号发生器和补偿器组成。改进重复信号发生器是在重复控制正反馈环节的前向通道上串联一个低通滤波器，通常为一个略小于1的常数。补偿器针对被控对象设计，用来补偿幅值和相位偏差，对系统稳定性有重要作用。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108899907A (zh) * 2018-07-11 2018-11-27 太原科技大学 基于重复滑模控制的lclcl型有源电力滤波器控制方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108899907A (zh) * 2018-07-11 2018-11-27 太原科技大学 基于重复滑模控制的lclcl型有源电力滤波器控制方法
CN108899907B (zh) * 2018-07-11 2021-05-25 太原科技大学 基于重复滑模控制的lclcl型有源电力滤波器控制方法

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