并联有源电力滤波器PID控制论文

中国电工技术学会科学技术奖三相三线并联型有源电力滤波器电流控制策略研究彭华良1魏学良2邱先锋1(1．上海追日电气有限公司，上海200062；2．中国石油大学，北京102249)摘要针对传统PI无法实现有源电力滤波器无静差谐波补偿，本文提出了两种输出电流控制策略：PI控制和重复控制并联运行的复合控制技术与指定次数无静差控制技术。

PI控制和重复控制并联运行的复合控制技术利用重复控制对于周期扰动信号无差跟踪的特点来提高有源滤波的稳态精度，PI控制保证有源电力滤波器的动态性能。

指定次数无静差控制技术对单频率谐波进行无静差调节。

仿真与实验结果证明了所提出的两种控制技术的有效性，但其工业现场应用仍需进一步验证。

关键词：PI控制；重复控制；指定次数无静差控制；并联有源电力滤波器；电流补偿C ur r ent C ont r ol St r a t egyR ese ar ch f or T hr ee Phas e T hr ee W i r e Par al l elA ct i ve P ow e r Fi l t er．P Png j j m af砌尹191W色f．X跖Pf施行92Q f M X矗z，毛，叠以91(1．Shan曲ai Sur pass S un E l ec t r i c C o．，L，t d，Shan曲ai200062；2．C hi na U ni V eV s i t y of Pet r ol eum，Bei j i ng l02249)A bs t r act Si n ce n．adi ti onal P I con t r oU ef can not r eaH ze z er0st eady’e盯or ha啪onl c com pen s at l onf or ac t i ve pow er f i l t er’t w o m e m ods，c om pose d cont r ol l e r w i t h P I cont r ol l e r and r e pet i t i ve cont r ol l e rpa r al l e l r unn i ng ar e pr opos ed and spec i f i e d ofder z er o st e ady er r or co nt r o l l er，ar e pr o pos ed．C om po s edcont r ol I e r w i t h PI cont r ol l e r and r e pet i t i V e cont r ol l e r par al l el r unn i ng i m pr oV es s t e a dy per f6r m ancesi nc e f e pet i t i V e cont r ol l e r c an f bl l ow pe r i odi c di s t ur ba nce w i t h z er o st eady—ef‘r or，w hi l e PI cont r ol l e re n s ur es ra pi dl y r es po ndi ng t o b噜change．Speci fi ed order z er o st eady—e r r or t echnol o gy c an r e al i z e z er ost e ady—er r or c ont r ol f or si ngl e f r equ encyham oni c．Si m ul at i on and exper i m ent sh ow t he se t w o m et h odsar e ve哆us ef ul，how eV er t hey s ho ul d be t e st e d i n a ppl i cat i ons of i ndust r y fi el d．K ey w or ds：PI c伽tf ol；嘲)et it iV e cont r ol；spec i f i e d order zer o．e n-or conl f ol；s hunt ac t i V e pow e rfi lt er；c ur r e nt com pens at i ng1引言理想电力系统，电能以单一恒定的工业频率(50H z或60H z)和规定的电压向用户供电。

本科毕业设计说明书（题目：并联型有源电力滤波器的设计学生姓名：xx学院：信息工程学院系别：自动化系专业：自动化班级：自动化03-3指导教师：xx摘要随着电力电子装置的广泛应用，电力系统的无功及谐波问题日趋严重。

传统的无功补偿及谐波抑制方法已难以满足现代电力系统的需要。

作为一种新型的补偿装置，有源电力滤波器以其对电网负载、系统参数变化的自适应能力和较高的反应速度被认为是目前最具发展潜力的无功和谐波补偿方法。

本文以并联电压型有源电力滤波器为研究对象，系统地分析了并联电压型有源电力滤波器的工作原理、补偿特性、谐波电流检测方法、补偿电流控制策略等问题，并对并联型有源电力滤波器进行了设计。

最后，利用MATLAB提供的电力系统仿真工具箱对并联型有源电力滤波器整个系统进行了建模和仿真分析。

仿真结果表明，并联型有源电力滤波器对带有阻感的三相二极管桥式整流负载产生的谐波具有较好的补偿效果。

关键词：谐波抑制；并联型有源电力滤波器；瞬时无功功率；仿真AbstractThe substantial increase in the use of power electronic equipment results in harmonic pollution and reactive burden above the tolerable limits. Many conventional solutions to the power quality issues can’t meet the conditions of modern power system. Active power filters are known as a dynamic,adjustable and potential solution to the power quality problems.The shunt voltage-type APF has been analyzed in this paper, in terms of the working principle, the compensation characteristics, the harmonic current detection approaches and the current compensation strategies，the shunt active power filter are designed.At last,the simulation models are built up by the Simpowersystems toolbox of Matlab.The results show that the designed shunt APF can well suppress the harmonic distortion generated by a three-phase diode rectifier.Key Words：Harmonic elimination; Shunt active power filter; Instantaneous reactive power; Simulation目录引言 (1)第一章绪论 (2)1.1谐波问题及研究现状 (2)1.1.1谐波的基本概念 (3)1.1.2 谐波分析 (3)1.1.3 谐波的产生和危害 (6)1.2谐波的抑制 (7)1.2.1 谐波抑制技术 (7)1.2.2 有源电力滤波器技术的发展 (7)1.3研究并联型有源电力滤波器的现实意义 (7)第二章有源电力滤波器的基本原理和结构 (9)2.1三相电路瞬时无功功率理论 (9)2.2有源电力滤波器的工作原理 (14)2.3有源电力滤波器的系统构成 (15)2.3.1 有源电力滤波器的分类 (15)2.3.2 有源电力滤波器主电路的结构 (16)2.3.3 单独使用的并联型有源电力滤波器 (17)2.4有源电力滤波器的特性 (18)2.4.1 双向补偿特性 (18)2.4.2 其他特性 (19)2.5有源电力滤波器的控制方法 (19)2.5.1 滞环比较方式 (19)2.5.2 三角波比较方式 (20)2.5.3 空间矢量控制 (21)2.5.4 本文采用的控制方法 (21)第三章并联型有源电力滤波器的设计 (22)3.1 概述 (22)3.2 系统电路的设计 (22)3.2.1主电路(变流器)设计 (22)3.2.2 主电路交流侧电感的计算 (25)3.2.3直流侧电压计算和电容选取 (26)3.3电流电压检测设计 (28)3.3.1 电流检测电路的设计 (28)3.3.2 电压检测电路的设计 (28)第四章并联型有源电力滤波器的仿真 (29)4.1仿真环境 (29)4.2仿真模型的建立 (29)4.2.1 并联型有源电力滤波器系统仿真模型 (29)4.2.2 主电路的仿真 (30)4.2.3 谐波电流检测电路的仿真 (31)4.3仿真结果 (32)4.3.1 补偿前电网电流仿真波形与分析 (32)4.3.2 补偿后电网电流仿真波形与分析 (33)4.3.3 数字低通滤波器截止频率对指令电流精度的影响 (35)4.3.4 仿真结果 (38)结论及展望 (39)参考文献 (41)致谢 (43)引言随着电力电子技术应用的日益广泛，电力电子产品广泛地应用于工业控制领域，用户对电能质量的要求也越来越高[1]，而电力电子装置已经成为主要的谐波干扰源，它们造成的危害已经引起人们越来越多的关注。

并联型有源电力滤波器内模PI控制谷鑫;王慧敏;耿强;蔡燕;赵鸿宇【摘要】针对并联型有源电力滤波器(SAPF),建立其同步旋转(d-q)坐标系下的数学模型,进而提出一种基于内模控制原理的PI控制策略(内模PI控制),利用该方法对SAPF系统电流内环与直流侧电压外环PI控制器进行设计,以提高系统的稳定性及动态性能、简化PI控制器设计过程.通过对典型SAPF系统的仿真分析表明,内模PI 控制策略对系统快速跟踪补偿电流以及维持直流侧电压恒定具有一定改善作用,进而证明该控制策略的有效性.【期刊名称】《电气传动》【年(卷),期】2014(044)002【总页数】4页(P69-72)【关键词】并联型有源电力滤波器;内模控制;PI控制【作者】谷鑫;王慧敏;耿强;蔡燕;赵鸿宇【作者单位】天津工业大学天津市电工电能新技术重点实验室,天津300389;天津工业大学天津市电工电能新技术重点实验室,天津300389;天津工业大学天津市电工电能新技术重点实验室,天津300389;天津工业大学天津市电工电能新技术重点实验室,天津300389;天津大学电气与自动化工程学院,天津300072【正文语种】中文【中图分类】TM4641 引言随着电网中以电力电子装置为代表的非线性负载日益增多，由此导致的电网谐波污染日益严重、无功功率激增不容忽视。

作为电网谐波抑制与无功补偿的重要方法之一，有源滤波技术得到了国内外学者的广泛关注。

电力电子技术、半导体技术、计算机技术以及控制技术的飞速发展，使得有源滤波技术突破了结构、容量、调制算法、控制策略等方面的限制，在轧钢机、轨道牵引、电弧炉等典型场合得到了广泛应用。

有源电力滤波器从联接形式上可分为并联型、串联型、串-并联型以及混合型［1-4］。

其中，并联型有源电力滤波器（SAPF）主要适用于谐波电流抑制与无功电流补偿，且具有拓扑结构相对简单、损耗较小等优点，因此应用较为广泛。

SAPF系统通常采用基于PI控制器的电压-电流双闭环控制策略，但常规的PI控制器设计与优化过程较为复杂，具有一定局限性，因此受到广泛关注［5-8］。

并联混合型有源电力滤波器及其电流控制方法提出了一种并联混合型有源滤波器新的控制方法。

首先给出并联混合型有源滤波器的拓扑结构，并推导出该结构的滤波原理。

设计了控制函数，利用被控参数的符号获得逆变器中开关器件的触发信号。

这种新的控制方法简化了电流检测算法，省略了脉宽调制方法，同时保证了系统的稳定性。

将这种新的控制方法应用到并联混合型有源滤波器，并进行仿真，结果证明该控制方法使并联混合型有源滤波器具有良好的滤波效果。

标签：有源滤波器，谐波抑制，电流控制1 引言近年来，由于配电网谐波等问题，给供电和用电企业造成了巨大的经济损失。

有源滤波器成为改善电能质量、节能降耗方面的研究热点之一。

在高压大功率场合一般采用混合型有源电力滤波器[1-2]。

有源滤波器（APF）的控制方法将直接影响系统的响应速度和谐波治理效果，故而成为目前有源滤波技术的研究重点。

一系列的控制方法被提出，如线性反馈控制[3-4]、非线性控制[5]、迭代控制[6]、神经网络控制[7-8]、自适应控制[9-12]等等。

它们具有各自的优势，其特性存在一定差异。

本文在分析并联混合型有源滤波器原理的基础上，提出一种用于并联混合型有源滤波器新的控制方法，保证了系统的稳定性，并且使并联混合型有源滤波器具有良好的滤波效果。

本文利用仿真对所提方法进行验证。

2 并联混合型有源电力滤波器的拓扑结构及其滤波原理并联混合有源电力滤波器不仅能较好治理大功率电网中的谐波，而且能够补偿大容量的无功功率，其结构图如图1所示。

并联混合有源电力滤波器包括无源部分和有源部分。

无源部分为无源滤波器组，可以由5次无源滤波器、7次无源滤波器、11次无源滤波器等单调谐滤波器组成，可以根据现场实际需要选定。

7次无源滤波器和并联电感L1串联，形成谐波注入支路。

L0为有源部分滤波电感。

并联混合有源滤波器采用阻抗分压法降低有源部分承受的基波电压，有源部分的输出经滤波电感后接在隔离变压器的原边，采用7次单调谐支路和串联的小电感进行分压，使有源部分承受的电压很低，降低了逆变器的容量。