基于模型预测控制的并联型有源电力滤波器研究

作     者：曹海 

作者单位：江苏大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李自成

授予年度：2022年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 080902[工学-电路与系统] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：有源电力滤波器 ip-iq检测法 双二阶广义积分器锁相环 滑模PI控制 模型预测控制 

摘      要：现代电力电子技术的飞速发展使得非线性电力电子器件广泛地应用于工业和生活等领域,非线性电力电子器件的广泛应用产生了大量的谐波,谐波引起电能质量下降。有源电力滤波器具有谐波补偿能力强,可适应谐波成分复杂的工况等优点,因而被应用于各种谐波补偿场合。本文研究有源电力滤波器的关键技术:谐波电流检测、直流侧电压控制以及谐波电流控制。在电网电压三相不平衡且含有高次谐波的情况下,针对基于瞬时无功功率理论的i-i检测法的传统锁相环无法对电网电压实现精准锁相的问题,利用双二阶广义积分器分离电网电压基波正序分量,使用同步旋转坐标系锁相环对该信号进行锁相。直流侧电压控制采用PI控制和滑模控制相结合的控制方法,使用滑模控制器对PI控制参数进行整定,该方法可以抑制系统参数变化和外部干扰对直流侧电压控制的影响,并具有很强的鲁棒性。提出了一种改进的模型预测电压控制方法,该方法将模型预测电流控制的价值函数中的优化目标由有源电力滤波器提供的补偿电流转换为逆变器输出电压,根据逆变器输出电压参考值对应的电压矢量相位,缩小参与滚动优化的逆变器输出电压矢量范围,通过降低采样周期内的计算量和滚动优化次数以提高运算效率,提高了系统的响应速度,在价值函数中加入开关频率控制项,降低了开关频率,减小了开关损耗,实现了对谐波电流和开关频率的多目标控制。通过仿真和实验对所提出的检测方法和控制方法进行了验证,仿真结果和实验结果表明:采用双二阶广义积分器改进的锁相环可以有效抑制电网电压三相不平衡和高次谐波对锁相精度的影响。采用直流侧电压滑模PI控制的直流侧电压超调量小,系统响应速度快。采用改进的模型预测电压控制的补偿电流跟踪误差小,补偿后的电网电流畸变率小,功率开关管的开关频率低。