根据电压源逆变器的调制控制理论,可以将电压源逆变器等效为一个比例放大器,即
Ucom(t)=KUdc(t) (2)
Udc(t)为电压源逆变器的直流侧电容电压,而K为与调制控制方法有关的函数。
为了使ic(t)能够快速的跟踪要补偿的电流,设计时必须重视其电流变化率,而要提高dicom(t)/dt,要么减小有源滤波器的等效电感Lcom,要么提高逆变器输出电压Ucom(t)。APF中等效电感Lcom越小,其电流跟踪能力越强,但Lcom过小,APF输出电流中基于开关频率的特征谐波会很大,一旦有源滤波器本身出现故障,会产生很大的过电流,从而影响系统。由于调制控制函数的变化范围通常是固定的,因此提高直流侧电容电压成为Udc(t)提高有源滤波器电流跟踪能力的有效手段。取值过低,不能将谐波电流完全消除;取值越高,补偿效果越好,但它将增加逆变器和电容器的容量,提高对器件耐压的要求,还将增加成本。电流侧电容电压波动或引起直流侧出现欠压,都将影响有源滤波器的正常工作或导致直流侧出现过压,危及有源滤波器的安全可靠运行。
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传统的PI控制虽然能对直流侧电压起到有效的控制作用,但会导致被控制系统呈现严重的非线性,具有较大的超调量和静差,响应速度也比较慢。为了获得更好的稳态控制方法,各种新型的控制方法产生了,有模糊控制理论;有自适应滤波控制;还有神经网络控制等等,但很多都只是处于理论阶段,本文根据原有的理论提出了基于电压差平方的PI调节的控制策略,通过软件设计和仿真结果,发现其有效地控制了直流侧电压的稳定,保证了APF的稳定运行和谐波补偿的效果。
3.1 基于电压差平方的PI控制理论
根据两端口网络的能量守恒定律,忽略逆变桥的开关损耗,它从交流侧吸收或释放的能量等于它向直流侧电容充电或放电的能量,即:
由此可知,可以由直流侧电容电压的变化的值来确定。
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3.2 基于电压差平方的PI控制对谐波电流控制的原理
4 仿真研究与实验结果
本文搭建的仿真模型模型如图5,相关参数如下:系统相电压220V,系统线路阻抗0.3 Ω+0.3 mH,连接电感0.68 mH,变流器开关频率10 kHz,直流侧电容5000 uF,整流负载直流侧电感160 mH,电阻15 Ω。中间电压采用软启动,分三次升至稳定电压700 V。因为当APF滤波装置启动时,由于直流侧电压突然由未投入装置时的稳定值在极短的时间内上升至设定值,从而造成了较大的Udc。
5 结束语
从可以看出基于电压差平方的PI调节比传统的PI调节对直流侧电压稳定控制在超调量和静差上都有很好的改善。通过仿真可以看到基于电压差平方的PI调节对补偿效果有明显改善,未补偿前THD=28.51%,采用传统PI调节后,谐波含有率大大降低,THD=3.74%,采用基于电压差平方的PI调节后,THD=2.23%,比传统PI调节有进一步改善。基于电压差平方的PI调节的控制策略,提高了APF稳定工作的性能。这种方法有较强的处理非线性的能力,且不需要增加硬件设备。仿真证明不仅提高了直流侧电压稳定,而且改善了滤波效果。
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