基于 ZPETC與重復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有電流環控制結構復雜、帶寬有限的問題，本文提出了基于 ZPETC與重復控制的高精度電流環控制策略。利用帶慣性的微分環節對控制對象的幅頻特性進行校正，利用重復控制高增益的特點設計電流閉環，提高了系統魯棒性。將重復控制與 ZPETC相結合，確保了整個中低頻段較大的開環增益，提高了有源電力濾波器的補償帶寬。同時利用參考電流信號前饋到 ZPETC，解決了重復控制動態響應速度慢的問題。本文提出的電流環控制策略補償精度高，響應速度快。仿真結果驗證了所提出控制策略的正確

性和有效性。關鍵詞：ZPETC；重復控制；開環增益；三相四橋臂并聯有源電力濾波器

1 引 言

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

在并聯有源電力濾波器中諧波電流跟蹤控制的動態響應速度與穩態跟蹤精度都會影響補償效果，因此更優動態和穩態性能的電流環設計依然是并聯有源電力濾波器的研究重點與難點 [3]。

常規的 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調節器的帶寬遠遠不夠 [4-5]，即使增大 P參數加大帶寬，效果也十分有限，并且還可能導致系統不穩定。

文獻 [6-7]提出了多同步旋轉坐標系下指定次諧波電流控制，將各次諧波電流信號轉化為多同步旋轉坐標系下的直流信號進行 PI控制，但是多同步旋轉坐標系變換程序繁瑣，且只能針對指定次諧波進行控制，效果不佳。文獻 [3， 8-10]提出了重復控制與 PI控制并聯的復合式電流環結構，可以在重復控制器參數的整定受到 PI控制器與逆變器輸出阻抗參數的影響，并且最終的重復控制器參數范圍隨著頻率變化，高精度的電流環參數整定復雜。

本文在重復控制基礎上提出了利用帶有慣性的微分環節對控制對象幅頻特性進行校正，將控制對象的低頻段特性校正為 0dB， 0°，構成零相位跟蹤控制器（zero phase error

tracking control，ZPETC），前向通道上的重復控制器對諧波信號提供高增益，從而構成高穩態精度的電流環。同時利用參考電流信號前饋到 ZPETC，充分保證控制系統的動態性能。

2 三相四橋臂有源電力濾波器拓撲結構

圖中 ea、eb、ec分別為系統三相電壓， Ls為系統等效電感， L1為 LCL濾波器的逆變器側濾波電感， L2為其網側濾波電感， C為濾波電圖 11為 APF補償過程中負載突變到一半功率時的負載與系統電流波形。在突變后的第一個工頻周期內系統電流仍然存在畸變，主要是因為負載電流突變后的第一個工頻周期內重復控制基本不起作用，主要靠參考電流信號 i2x*前饋到 ZPETC進行快速響應，其中的微分環節引入了超調的尖峰。一個工頻周期后重復控制開始產生補償效果，系統電流逐漸趨于正弦。整個動態過程僅需兩個系統工頻周期，動態響應特性良好。

5 結束語

本文提出利用帶有慣性的微分環節對控制對象幅頻特性進行校正，將控制對象的低頻段特性校正為 0dB，0°，構成零相位跟蹤控制器（ zero phase error tracking control， ZPETC），從而確保 APF系統補償的中低頻段帶寬范圍內級聯的 ZPETC與重復控制器均具有較大的開環增益，從而構成高穩態精度的 APF電流環。同時利用參考電流信號前饋到

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