基于 ZPETC與重復(fù)控制的三相四橋臂有源電力濾波器控制策略研究

毛濤　左小瓊　賈建平

摘 要：針對有源電力濾波器現(xiàn)有電流環(huán)控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜、帶寬有限的問題，本文提出了基于 ZPETC與重復(fù)控制的高精度電流環(huán)控制策略。利用帶慣性的微分環(huán)節(jié)對控制對象的幅頻特性進(jìn)行校正，利用重復(fù)控制高增益的特點設(shè)計電流閉環(huán)，提高了系統(tǒng)魯棒性。將重復(fù)控制與 ZPETC相結(jié)合，確保了整個中低頻段較大的開環(huán)增益，提高了有源電力濾波器的補(bǔ)償帶寬。同時利用參考電流信號前饋到 ZPETC，解決了重復(fù)控制動態(tài)響應(yīng)速度慢的問題。本文提出的電流環(huán)控制策略補(bǔ)償精度高，響應(yīng)速度快。仿真結(jié)果驗證了所提出控制策略的正確

性和有效性。關(guān)鍵詞：ZPETC；重復(fù)控制；開環(huán)增益；三相四橋臂并聯(lián)有源電力濾波器

1 引 言

由于電力電子裝置和非線性負(fù)載的大量應(yīng)用，三相四線制配電系統(tǒng)中的諧波污染和中線過流等問題日益嚴(yán)重。三相四橋臂并聯(lián)有源電力濾波器（ APF）可直接對中線電流進(jìn)行控制，同時具有良好的諧波和中線電流補(bǔ)償能力，是解決三相四線制系統(tǒng)諧波問題的重要技術(shù)手段之一 [1-2]。

在并聯(lián)有源電力濾波器中諧波電流跟蹤控制的動態(tài)響應(yīng)速度與穩(wěn)態(tài)跟蹤精度都會影響補(bǔ)償效果，因此更優(yōu)動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能的電流環(huán)設(shè)計依然是并聯(lián)有源電力濾波器的研究重點與難點 [3]。

常規(guī)的 PI控制器對直流輸入信號的帶寬是無限的。但是對于有源電力濾波器而言其參考電流信號由很多次諧波疊加而成，要有效跟蹤控制這些諧波， PI調(diào)節(jié)器的帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠 [4-5]，即使增大 P參數(shù)加大帶寬，效果也十分有限，并且還可能導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。

文獻(xiàn) [6-7]提出了多同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下指定次諧波電流控制，將各次諧波電流信號轉(zhuǎn)化為多同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流信號進(jìn)行 PI控制，但是多同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換程序繁瑣，且只能針對指定次諧波進(jìn)行控制，效果不佳。文獻(xiàn) [3， 8-10]提出了重復(fù)控制與 PI控制并聯(lián)的復(fù)合式電流環(huán)結(jié)構(gòu)，可以在重復(fù)控制器參數(shù)的整定受到 PI控制器與逆變器輸出阻抗參數(shù)的影響，并且最終的重復(fù)控制器參數(shù)范圍隨著頻率變化，高精度的電流環(huán)參數(shù)整定復(fù)雜。

本文在重復(fù)控制基礎(chǔ)上提出了利用帶有慣性的微分環(huán)節(jié)對控制對象幅頻特性進(jìn)行校正，將控制對象的低頻段特性校正為 0dB， 0°，構(gòu)成零相位跟蹤控制器（zero phase error

tracking control，ZPETC），前向通道上的重復(fù)控制器對諧波信號提供高增益，從而構(gòu)成高穩(wěn)態(tài)精度的電流環(huán)。同時利用參考電流信號前饋到 ZPETC，充分保證控制系統(tǒng)的動態(tài)性能。

2 三相四橋臂有源電力濾波器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

圖中 ea、eb、ec分別為系統(tǒng)三相電壓， Ls為系統(tǒng)等效電感， L1為 LCL濾波器的逆變器側(cè)濾波電感， L2為其網(wǎng)側(cè)濾波電感， C為濾波電圖 11為 APF補(bǔ)償過程中負(fù)載突變到一半功率時的負(fù)載與系統(tǒng)電流波形。在突變后的第一個工頻周期內(nèi)系統(tǒng)電流仍然存在畸變，主要是因為負(fù)載電流突變后的第一個工頻周期內(nèi)重復(fù)控制基本不起作用，主要靠參考電流信號 i2x*前饋到 ZPETC進(jìn)行快速響應(yīng)，其中的微分環(huán)節(jié)引入了超調(diào)的尖峰。一個工頻周期后重復(fù)控制開始產(chǎn)生補(bǔ)償效果，系統(tǒng)電流逐漸趨于正弦。整個動態(tài)過程僅需兩個系統(tǒng)工頻周期，動態(tài)響應(yīng)特性良好。

5 結(jié)束語

本文提出利用帶有慣性的微分環(huán)節(jié)對控制對象幅頻特性進(jìn)行校正，將控制對象的低頻段特性校正為 0dB，0°，構(gòu)成零相位跟蹤控制器（ zero phase error tracking control， ZPETC），從而確保 APF系統(tǒng)補(bǔ)償?shù)闹械皖l段帶寬范圍內(nèi)級聯(lián)的 ZPETC與重復(fù)控制器均具有較大的開環(huán)增益，從而構(gòu)成高穩(wěn)態(tài)精度的 APF電流環(huán)。同時利用參考電流信號前饋到

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