有源電力濾波器模型預(yù)測控制策略研究.pdf

1、有源電力濾波器（Active Power Filter，APF）是解決供電系統(tǒng)諧波污染問題的有效措施，其中電流跟蹤控制是影響有源濾波系統(tǒng)補償性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。本文針對低壓供電系統(tǒng)，分別以兩電平和三電平APF為研究對象，對其電流控制策略展開研究。
　　傳統(tǒng)的APF電流環(huán)控制通常以補償效果作為單一目標(biāo)，且多電平變流器空間矢量脈寬調(diào)制（Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM）過程較復(fù)雜，本文

2、采用無差拍模型預(yù)測控制（Model Predictive Control，MPC）策略對APF進(jìn)行多目標(biāo)控制。
　　首先給出了兩電平APF無差拍模型預(yù)測控制器的設(shè)計方法，討論了電流跟蹤誤差范圍；采用價值函數(shù)分級優(yōu)化對控制器進(jìn)行改進(jìn)，在實現(xiàn)多目標(biāo)控制的同時，控制電流跟蹤誤差在一定范圍內(nèi)。參考三電平APF電流跟蹤誤差范圍的分析，給出適用于NPC（Neutral-Point Clamped）結(jié)構(gòu)三電平APF的無差拍模型預(yù)測控制策略：設(shè)計

3、價值函數(shù)對參考電流跟蹤偏差、中點電位偏移及平均開關(guān)頻率三個性能指標(biāo)進(jìn)行綜合評價，以實現(xiàn)APF系統(tǒng)的多目標(biāo)控制；采用基于扇區(qū)判斷的價值函數(shù)分級優(yōu)化方法對傳統(tǒng)的MPC控制策略進(jìn)行改進(jìn)，減小了計算量，簡化了價值函數(shù)的設(shè)計方法及矢量尋優(yōu)過程。
　　針對無差拍模型預(yù)測控制對參數(shù)依賴性較強的問題，提出了重復(fù)無差拍控制與模型預(yù)測控制相結(jié)合的復(fù)合預(yù)測控制策略。對重復(fù)無差拍控制器進(jìn)行了參數(shù)設(shè)計，分析了重復(fù)無差拍控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差和對參數(shù)變化的適應(yīng)性

4、。分析表明重復(fù)無差拍控制具有良好的穩(wěn)態(tài)性能和參數(shù)變化適應(yīng)性，模型預(yù)測控制動態(tài)響應(yīng)快、控制靈活，基于二者分別的優(yōu)勢，給出了復(fù)合預(yù)測控制的方法。
　　對所采用的控制策略進(jìn)行了仿真分析，仿真結(jié)果表明采用無差拍模型預(yù)測控制策略的兩電平APF能有效補償諧波電流，同時可兼顧降低平均開關(guān)頻率，對負(fù)載波動有良好的適應(yīng)性，在此基礎(chǔ)上采用價值函數(shù)分級優(yōu)化控制，可有效約束電流跟蹤誤差，控制更靈活。與兩電平AP F相比，將無差拍模型預(yù)測控制應(yīng)用于三電平A

5、P F中更具有優(yōu)勢，應(yīng)用無差拍模型預(yù)測控制的三電平APF可在較低的采樣頻率下實現(xiàn)電流的精確跟蹤和中點電位平衡，平均開關(guān)頻率更低，系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)速度較快；基于扇區(qū)判斷的價值函數(shù)分級優(yōu)化策略能實現(xiàn)與傳統(tǒng)模型預(yù)測控制相近的控制效果，與后者相比算法更加簡單，更易于參數(shù)調(diào)節(jié)，該算法對負(fù)載波動適應(yīng)性較好，但電流跟蹤精度對主電路參數(shù)依賴性較大。復(fù)合預(yù)測控制系統(tǒng)具備良好的動、穩(wěn)態(tài)性能，對負(fù)載波動有良好的適應(yīng)性，且在一定程度上改善了無差拍模型預(yù)測控制對參數(shù)