[发明专利]一种基于PI控制有源滤波器的快速电流跟踪控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种有源滤波器电流控制方法,更具体地说，它涉及一种基于PI控制有源滤波器的快速电流跟踪控制方法。

背景技术

电力滤波器可补偿负荷的谐波电流，对提高负荷的整体运行水平及供电质量具有非常重要的作用。电力滤波器分为无源型和有源型电力滤波器（APF）两种，前者只能补偿固定次数的谐波，且在电压畸变较大时不能使用，后者可动态补偿负载谐波，是较为理想的解决途径。在APF分为电流型和电压型两种，电压型补偿装置由于具有较好的电流跟踪控制能力而广泛应用于实际中。电压型设备的直接控制量为输出电压，需先将待输出的电流转换为电压，即需加设电流环控制。

目前,有源滤波器的电流环控制方法主要有两大类，—类是传统控制方法,如PI控制,滞环电流控制等，这类控制器理论完善、技术成熟；另一类是新型控制方法，如自适应控制、单周期控制、预测控制等，这类控制器控制效果更好，但在推广上仍然存在一定的技术障碍。

三相四线制APF谐波电流跟踪的精确性是衡量滤波器性能的指标之一。PI控制方法形式简单,参数便于设计,是目前在有源滤波领域中应用最为广泛的控制方式，因而在PI调节基础上设计具有较快动态响应的控制方法对提高APF的调节措施具有非常积极的作用。但由于受开关周期的限制，以致PI调节的幅频特性在高频段衰减非常厉害，即使在环宽范围内，随着频率的升高相位滞后越来越严重，由于APF补偿谐波的功能决定了其不仅仅要输出谐波电流更重要的是要抵消负载谐波，故相位滞后对控制系统性能的影响是非常严重的，当相位滞后超过一定范围时即发生谐波放大的现象。

采用电压型结构APF一般采用正弦脉宽调制（SPWM）或空间矢量调制（SVPWM）的调制方式，两种方法都是通过控制电压型变流器的输出电压从而实现对输出电流的控制，在本质上是一致的。在直流电压稳定时，APF常采用输出电流闭环的控制方式以实现对输出电流的精准控制。图1为采用PI环的APF控制框图，是将三相坐标系Ia,b,c和Ua,b,c换旋转坐标系的内容，这用这四个量也可代表电力系统中的三相表示内容，即用旋转坐标系表示静止的三相坐标系,Idref和Ipref分别代表dq坐标系中目标谐波值中d和q坐标轴的大小，通过对负载滤波获得。两者构成APF的目标输出电流。

图1中的Clark变换的关系如式（1）所示

                      （1）

其中，。

Park变化如式（2）所示

                （2）

其中为系统电压相位。

图2为PI控制的动态调节特性图。加上前一时刻输出电压稳定值为V1，当目标电流变化时，其对应的输出电压应为V2，其中虚线为理想的输出调节曲线，实线为PI的实际响应曲线。由图2知，PI调节必存在响应延时td。td的存在将影响APF的实际输出效果，td的影响在APF控制器上表现为目标输出的延迟，使得APF延迟响应输出，从而影响其补偿效果。而APF的实际需求是动态输出负载的谐波电流，且谐波电流的波动较快，因而仅采用PI控制不能完全满足APF的实际需求。

当td小于开关周期时，即在开关周期内完成输出。PI的调节延时可忽略不计，当目标电流改变较大时，td将大于开关周期，直接影响APF的动态特性。

发明内容

针对现有技术存在的由误差电流导致的响应延时大于开关周期而使APF的输出效果的不足，本发明的目的在于提供一种当误差电流大于最大误差电流响应值时，误差电流值除以最大误差电流响应值，将误差电流分为两个部分进入运算器进行运算，再将两个输出电压求和获得目标电压输出。