重復(fù)控制在有源電力濾波器中的應(yīng)用研究

【摘 要】本文主要對當(dāng)前我國有源電力濾波器、數(shù)字控制技術(shù)、重復(fù)控制技術(shù)等進行了深入的探討和分析，并且重點對重復(fù)控制技術(shù)在有源電力濾波器中的應(yīng)用加以詳細闡述。希望今后重復(fù)控制技術(shù)應(yīng)用在有源電力濾波器中取得突破性的進展。

【關(guān)鍵詞】重復(fù)控制；有源電力濾波器；應(yīng)用

0.前言

近年來，隨著我國科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，使得電子裝置應(yīng)用越來越普遍。對電網(wǎng)來說，大部分電子裝置都是非線性負(fù)載，因此成為電網(wǎng)的諧波源，這使得諧波電流對電網(wǎng)的影響程度越來越嚴(yán)重，既降低了正常供電質(zhì)量，又有可能影響到電網(wǎng)運行的安全。然而，為進一步提高供電質(zhì)量，我們常常會選用有源電力濾波器用于補償非線性負(fù)載電子裝置產(chǎn)生的諧波電流，從而大大減少諧波對電網(wǎng)產(chǎn)生的影響。

1.當(dāng)前我國有源電力濾波器的發(fā)展

有源電力濾波器英文簡寫成APF。在最近幾十年，由于科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，使得市場中出現(xiàn)了很多種類有源電力濾波器，其中，大多數(shù)都已經(jīng)進入實用階段。對于有源電力濾波器的分類可以從多個角度來分析，我們通常是分為兩類，也就是說直流濾波器與交流濾波器。但是，當(dāng)前研究與應(yīng)用最多的電力濾波器主要為交流式的。在最近幾年，對有源電力濾波器的研究正逐漸深入。由于APF使用者與使用目的不相同，因此，其安裝的位置也有很大的不同。例如：單獨使用者在非線性負(fù)載周圍安裝APE時，主要是用來補償受諧波影響而造成的電流不平衡；如果是電站使用者在非線性負(fù)載附近安裝APF時，主要是用來補償電壓諧波的不平衡，這樣一來，可以有效減少電網(wǎng)中電流的擴散，切實提高電網(wǎng)的供電質(zhì)量。然而，在安裝和使用APF時，必須是由供電企業(yè)實施統(tǒng)一規(guī)劃和管理。

一般來說，有源電力濾波器功率電路主要有兩種，即電壓型變流器與電流型變流器。其中，電流型變流器的可靠性是非常高的，然而，此種類型的變流器損耗也是較高的，并且需要較大數(shù)值的電感，這樣一來，又會使電流器的應(yīng)用嚴(yán)重受阻。對于電壓型變流器來說，既造價低，而且體積又小，工作效率非常高，因此，應(yīng)用非常的廣泛。現(xiàn)如今，西方發(fā)達國家生產(chǎn)的APF產(chǎn)品大多數(shù)都是采用電壓型變流器為主電路。

2.數(shù)字控制技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r

數(shù)字控制技術(shù)的高速性、多功能化是多種復(fù)雜波形控制方案實現(xiàn)的基礎(chǔ)。現(xiàn)如今，市場中的各種電子裝置的控制電路都逐漸從模擬控制向數(shù)字控制發(fā)生轉(zhuǎn)變，可以說，這次轉(zhuǎn)變是硬件技術(shù)的一次重大變大。事實上，數(shù)字控制比模擬控制更具有優(yōu)越性，其主要表現(xiàn)在以下幾個方面：第一，電路耗能元件數(shù)量較少，并且電路設(shè)計既簡單又通用性較強，這樣一來，既降低了控制系統(tǒng)的成本，又提高電網(wǎng)運行的可靠性，并且更有利于檢修電路。第二，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜控制算法，可以大大提高電網(wǎng)運行的可靠性能。第三，利用數(shù)字通信端口，實現(xiàn)電子裝置的無人看守和監(jiān)控。

3.重復(fù)控制技術(shù)的研究

以往PI控制在恒值過程中，表現(xiàn)出很好的效果，能夠?qū)崿F(xiàn)指令信號無靜差跟蹤，如果是交變信號，因PI特性的影響，不會實現(xiàn)對交變信號的無靜差跟蹤，由此看來，在使用有源電力濾波器進行控制后，PI變得無能為力。然而，重復(fù)控制技術(shù)通過對信號的重復(fù)性逐步修正輸出電壓，這樣一來，控制系統(tǒng)完全不需要采集多個變量，也不需要對速度進行控制，并且算法選用也比較簡單，就會得到較高的穩(wěn)態(tài)指標(biāo)。也就是說，重復(fù)控制激素和可以滿足大部分應(yīng)用場合性能要求，所以，重復(fù)控制技術(shù)成為高性價比的最佳方案。

4.重復(fù)控制在有源電力濾波器中的應(yīng)用

經(jīng)過幾十年的研究發(fā)得出，我國的研究學(xué)者提出了很多種類的PWM逆變器波形控制方案。然而，在所有方案里，有很高性價比，并且也能夠更好的應(yīng)用在普通產(chǎn)品中方案是非常少的。造成這一現(xiàn)象的原因有兩方面：一方面，有些方案并不是非常成熟，到目前為止還沒有被采納；另一方面，大多數(shù)控制方案利用系統(tǒng)的高動態(tài)響應(yīng)切實提高系統(tǒng)的抗干擾特性，減少擾動因素對電壓波形所產(chǎn)生的影響。從整體上來看，此種做法的效果是非常可觀的。但是，通過提高系統(tǒng)動態(tài)性能來改善波形質(zhì)量的方式，會大大增加系統(tǒng)軟硬件的消耗。所以，對那些普通的產(chǎn)品來說，對系統(tǒng)性能的要求主要表現(xiàn)在系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)指標(biāo)上，然而，對動態(tài)響應(yīng)的要求考慮和分析則是次要的。

5.數(shù)字控制系統(tǒng)的構(gòu)成與控制要求

事實上，數(shù)字控制系統(tǒng)主要由兩部分構(gòu)成，即硬件與軟件。其中，最為重要的變?yōu)橛布Ｓ布饕瑑刹糠郑徊糠譃镈SP核心板，主要用于系統(tǒng)的運算；另一部分為外圍電路，是核心板和外部信號接口板。

近年來，隨著我國電子應(yīng)用中開關(guān)頻率的日益提高，在數(shù)字控制系統(tǒng)中，對進行實時控制問題的研究變得越來越重要。由于傳統(tǒng)的控制模塊不能再滿足逆變器進行實時控制的需求。因此，我們通常會選用頻率較高，性能較好的DSP芯片。

通常來說，核心控制算法得到的計算時間Te占據(jù)控制周期的很大一部分，因此，怎樣才能真正減少計算時間Te，是提高整個系統(tǒng)實時性的最關(guān)鍵環(huán)節(jié)。當(dāng)前，主要有兩種方法。首先，借助優(yōu)化軟件算法節(jié)省計算時間Te，其中，最有效的方法便是選擇使用高性能的處理裝置。現(xiàn)如今，大多數(shù)電子裝置的數(shù)字控制系統(tǒng)核心都選用DSP芯片進行運算的。DSP芯片主要有兩種，即高檔定點DSP和浮點DSP。其中，定點DSP要比浮點DSP在價格以及外設(shè)資源等方面占有較大的優(yōu)勢，因此，通過全面的考慮，最好選用定點DSP芯片。

6.數(shù)字控制系統(tǒng)的重點技術(shù)研究

盡管數(shù)字控制技術(shù)要比模擬控制技術(shù)在應(yīng)用上具有很多的優(yōu)點，但是，由于微處理器發(fā)展的速度非常緩慢，因此，在數(shù)字控制系統(tǒng)中也出現(xiàn)了很多的問題。問題的出現(xiàn)在一定程度上影響了逆變器性能的發(fā)揮，以下是對數(shù)字控制系統(tǒng)中存在的諸多問題探討：首先，數(shù)字的量化作用所產(chǎn)生的影響。由于微處理器的字長有限，因此，對于那些超過規(guī)定位數(shù)的數(shù)據(jù)便要進行截取或者舍入，這樣一來，數(shù)字量化輸出就會存在一定的誤差。其次，數(shù)字系統(tǒng)勢必會在采用與計算等方面存在延時的現(xiàn)象，這樣一來，便直接對系統(tǒng)的實時性產(chǎn)生了一定的影響，與此同時，會限制逆變器出現(xiàn)最大的占空比，從而導(dǎo)致整個系統(tǒng)的帶寬變得非常狹窄，動態(tài)響應(yīng)速度逐漸變慢，甚至也會使逆變系統(tǒng)變得非常不穩(wěn)定。再次，數(shù)字零階保持產(chǎn)生的影響。其影響主要表現(xiàn)在以下兩個方面：一方面，檢測采樣輸入信號失真，盡管在此方面作出了很多研究，但是，仍然沒有取得很大的進展；另一方面是對控制對象的影響，會大大降低逆變器的性能。上述這些問題急需我們采取有效的措施加以解決。

7.小結(jié)

總體來說，近年來，隨著我國科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，使得更多的非線性負(fù)載大量的接入電網(wǎng)中，這樣一來，便產(chǎn)生了大量的諧波，造成供電質(zhì)量的大幅度下降，對電子設(shè)備以及電網(wǎng)的正常運行都帶來巨大危害。現(xiàn)如今，補償諧波的方法主要選用有源電力濾波器，并且應(yīng)用重復(fù)控制技術(shù)，但是，因重復(fù)控制激素原理具有一定的局限性，因此，整個系統(tǒng)的動態(tài)性能不是非常穩(wěn)定，因此，必須和其它控制方法相結(jié)合。只有這樣，才能不斷優(yōu)化系統(tǒng)的動態(tài)性能。

【參考文獻】

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