有源電力濾波器ＰＷＭ信號(hào)控制方法初探

1、有源電力濾波器信號(hào)控制方法初探摘要:有源電力濾波已成為了最有效的電力諧波抑制手段,p控制廣泛的應(yīng)用在有源電力濾波器的控制系統(tǒng)中。本文對(duì)各種p信號(hào)控制方式進(jìn)展了介紹和比擬,重點(diǎn)分析了滯環(huán)比擬p控制方式和三角波比擬p控制方式的原理,總結(jié)了各種控制方式的優(yōu)缺點(diǎn)。關(guān)鍵詞:p控制;諧波抑制;滯環(huán)比擬;三角波比擬0引言有源電力濾波器由于其優(yōu)良的性能而在電力濾波中逐漸替代無(wú)源濾波器。由于有源濾波器的原理是自身實(shí)時(shí)產(chǎn)生一個(gè)與諧波方向相反,幅值一樣的補(bǔ)償電壓(電流),這就要求濾波器產(chǎn)生的補(bǔ)償電壓(電流)必須具有很好的跟蹤性和準(zhǔn)確性。p(脈沖寬度調(diào)制)控制是有源電力濾波器控制系統(tǒng)中最常用,也是最有效的控制方法。當(dāng)

2、檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到諧波后,指令運(yùn)算電路根據(jù)檢測(cè)到的諧波產(chǎn)生補(bǔ)償信號(hào),該信號(hào)通過(guò)跟蹤控制電路生成p信號(hào),最后驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)p信號(hào)產(chǎn)生補(bǔ)償電壓(電流)。目前采用的p控制方式主要有滯環(huán)比擬方式、三角波比擬方式、無(wú)差拍控制、單周控制等,以上方法都有自己的優(yōu)缺點(diǎn),本文將對(duì)幾種常用的p控制方式進(jìn)展討論。1滯環(huán)比擬p控制方式滯環(huán)比擬控制方法是將補(bǔ)償電流(電壓)的指令信號(hào)與逆變器實(shí)際電流(電壓)補(bǔ)償信號(hào)進(jìn)展比擬,兩者之差輸入到具有滯環(huán)特性的比擬器,通過(guò)比擬器的輸出來(lái)控制開(kāi)關(guān)的開(kāi)合,從而到達(dá)變流器輸出值實(shí)時(shí)跟蹤補(bǔ)償電流(電壓)參考值。補(bǔ)償電流的指令信號(hào)i*與實(shí)際的補(bǔ)償電流信號(hào)i進(jìn)展比擬,兩者的偏向i作為滯環(huán)比擬器的輸

3、入。用h表示滯環(huán)比擬器的環(huán)寬,當(dāng)ih時(shí),滯環(huán)比擬器的輸出將翻轉(zhuǎn),那么補(bǔ)償電流i的方向隨之改變,使i減小,保證了補(bǔ)償電流跟蹤指令電流的變化。這種控制方法硬件電路簡(jiǎn)單,屬于實(shí)時(shí)控制方式的一種,補(bǔ)償量響應(yīng)快,開(kāi)關(guān)損耗小,而且不用載波,在逆變器的輸出中不含特定頻率的諧波分量。缺點(diǎn)是系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)頻率、響應(yīng)速度及電流的跟蹤精度會(huì)受滯環(huán)帶寬影響。帶寬固定時(shí),開(kāi)關(guān)頻率會(huì)隨補(bǔ)償電流變化而變化,從而引起較大的脈動(dòng)電流和開(kāi)關(guān)噪聲。2三角波比擬p控制方式三角載波比擬的跟蹤控制方法是最簡(jiǎn)單的一種控制方法。該方式將補(bǔ)償電壓的指令信號(hào)u*與實(shí)際的補(bǔ)償電壓信號(hào)u進(jìn)展比擬,兩者的偏向u經(jīng)放大器a之后再與三角波比擬,所得到的矩形脈

4、沖作為變流器各開(kāi)關(guān)元件的控制信號(hào),從而在變流器輸出端獲得所需的波形。放大器a往往采用比例放大器或比例積分放大器。這樣組成的一個(gè)控制系統(tǒng)是基于把u控制為最小來(lái)進(jìn)展設(shè)計(jì)的。該調(diào)制方法的最大優(yōu)點(diǎn)是開(kāi)關(guān)頻率固定,簡(jiǎn)單易行,響應(yīng)速度快,對(duì)具有足夠高開(kāi)關(guān)頻率的系統(tǒng)有良好的控制特性,缺點(diǎn)是輸出波形中含有與三角載波一樣頻率的高頻畸變分量,開(kāi)關(guān)損耗較大,在大功率應(yīng)用中受到限制。3無(wú)差拍控制無(wú)差拍控制是一種建立在準(zhǔn)確數(shù)學(xué)模型與嚴(yán)密數(shù)學(xué)推導(dǎo)之上的狀態(tài)反應(yīng)控制,控制質(zhì)量很大程度上依賴于控制器參數(shù)與主電路參數(shù)的配合。無(wú)差拍控制的主要特點(diǎn)是采用預(yù)測(cè)的手段,其根本思想是根據(jù)在第k個(gè)采樣時(shí)刻所檢測(cè)的負(fù)載電流和補(bǔ)償電流,計(jì)算第

5、k+l時(shí)刻的指令電流值和各種可能開(kāi)關(guān)狀態(tài)下補(bǔ)償電流的預(yù)測(cè)值。然后計(jì)算某種特定的目的函數(shù)(一般為指令值和預(yù)測(cè)值的累計(jì)誤差),選擇目的函數(shù)最小的開(kāi)關(guān)狀態(tài)作為k+l時(shí)刻的開(kāi)關(guān)根據(jù)。這種控制方法的動(dòng)態(tài)性能好,可以消除穩(wěn)態(tài)誤差,并且能在最短的時(shí)間內(nèi)完畢過(guò)渡過(guò)程,它的缺點(diǎn)是對(duì)模型參數(shù)敏感而且魯棒性差。另外控制器參數(shù)是根據(jù)主電路元件標(biāo)稱參數(shù)計(jì)算得到的,標(biāo)稱參數(shù)與元件的實(shí)際參數(shù)存在著一定的差,且受溫度、運(yùn)行條件的影響會(huì)有一定的漂移,這樣就會(huì)導(dǎo)致控制器參數(shù)與主電路參數(shù)不能很好地配合,從而引起系統(tǒng)極點(diǎn)改變,破壞無(wú)差拍控制條件。4單周控制單周控制是一種非線性控制法,將非線性控制的本質(zhì)與開(kāi)關(guān)電路有機(jī)的結(jié)合,可以實(shí)現(xiàn)快

6、速的瞬態(tài)響應(yīng)。這種方法的根本思想是:控制開(kāi)關(guān)占空比,在每個(gè)周期內(nèi)使開(kāi)關(guān)變量的平均值與控制參考值相等或成一定比例,從而消除穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)誤差,使前一周期的誤差不會(huì)帶到下一周期,實(shí)現(xiàn)對(duì)控制參考的瞬時(shí)跟蹤。單周控制法作為一種新型非線性控制法,具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、控制精度高、響應(yīng)速度快,特別是具有控制性能對(duì)系統(tǒng)和電源參數(shù)變化不敏感等優(yōu)點(diǎn),克制了傳統(tǒng)的p控制方法的缺乏,適用于各種脈寬調(diào)制、軟開(kāi)關(guān)、諧振開(kāi)關(guān)等開(kāi)關(guān)逆變器,用用于有源電力濾波器控制時(shí),具有不需要檢測(cè)、可別離畸變信號(hào)和控制電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。5最優(yōu)矢量控制最優(yōu)矢量控制方法選取最優(yōu)的空間電壓矢量,對(duì)電流(電壓)偏向微分矢量進(jìn)展控制,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電流(電壓)偏向矢

7、量的控制。在獲得電流(電壓)的快速響應(yīng)的同時(shí),抑制了輸出電流(電壓)的高次諧波,降低了功率器件的工作頻率,降低了有源濾波器的損耗。6完畢語(yǔ)本文對(duì)有源電力濾波器主要的幾種p信號(hào)控制方法進(jìn)展了介紹和比擬,另外p信號(hào)控制方法還有空間矢量控制法、模糊邏輯控制法、自適應(yīng)控制法以及學(xué)習(xí)控制法等,它們?cè)趹?yīng)用中都各有優(yōu)勢(shì)和缺乏。在實(shí)際應(yīng)用中一般根據(jù)側(cè)重點(diǎn)以及詳細(xì)環(huán)境、條件的不同而選擇最合適的方法。參考資料1葉忠明等.一種混合有源電力濾波器的研究.電力系統(tǒng)自動(dòng)化.1998(7)2孫輝等.電能質(zhì)量調(diào)節(jié)技術(shù)及其應(yīng)用.大連理工大學(xué)學(xué)報(bào).2022,33李玉梅,馬偉明.無(wú)差拍控制在串聯(lián)電力有源濾波器中的應(yīng)用.電力系統(tǒng)自動(dòng)化.2001,254萬(wàn)健如,裴瑋等.統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器同步無(wú)差拍控制方法研究.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào).2022,25(1