基于PR控制器的有源電力濾波控制方法研究

郁 菲

（北京惠通盛電力工程有限責任公司，北京100045）

0 引言

當前全球能源互聯網、智能配電網快速發展，為實現對電力資源的高效利用，電力電子技術被廣泛應用于各電力系統當中[1]。然而，電子元器件的廣泛應用，使得電力系統受到了嚴重的諧波污染，不僅威脅著電力企業自身的安全運行，還在一定程度上影響著周圍電氣環境[2]。PR控制器是一種準比例諧振控制裝置，可以實現諧波補償，并在一定程度上增加電力系統特征諧波的等效阻抗[3]。因此，本文針對當前電力系統受到諧波污染，影響其運行功率控制等問題，開展了基于PR控制器的有源電力濾波控制方法研究。

1 有源電力濾波控制方法

1.1 基于PR控制器的有源電力濾波最大功率點跟蹤

在不同的電子元器件運行環境下，其輸出電壓的具體數值不同。因此，在利用PR控制器對有源電力濾波進行控制時，應當先明確有源電力濾波的最大功率點，并對其進行跟蹤。當控制點達到某一固定值時，PR控制器才能夠在條件允許的情況下，對電子元器件在運行過程中的最大輸出功率進行控制[4]。為保證對電力能源的最大化利用，并在周圍不同因素影響下，找出最大功率點，本文結合PR控制器的應用優勢，通過準比例法對最大功率點進行跟蹤。具體跟蹤步驟為：

第一步，對PR控制器電源的輸入電壓添加一個變化量，在輸入電壓不斷改變的過程中，測量電源的電流和電壓。

第二步，根據實際測得數據對電源的輸出功率進行計算，并將新的輸入值輸入，重復第一步操作得到新的輸出功率測量值。

第三步，將兩種數值進行比對，根據對比結果完成對PR控制器的控制調節。

圖1為PR控制器調節過程示意圖，K為不影響PR控制器的帶寬；w為截止頻率；s為控制時間。

圖1 PR控制器調節過程示意圖

當截止頻率w不斷增加，PR控制器的帶寬會不斷增加，但K不影響PR控制器的帶寬，而與PR控制器的增益呈現出正比例關系。當比例增益增加，PR控制器的增益會隨之增加，以此確定PR控制器的增益數值。

1.2 控制補償策略

PR控制器在完成對有源電力濾波最大功率點跟蹤后，為進一步完善有源電力濾波控制的穩定性，還需要在補償工程中，按照相應的補償策略實施控制。將本文上述獲取的PR控制器增益值代入到傳遞函數當中，其函數具體表達式f（x）為：

式中：τ為補償電流平均滯后時間。

PR控制器的諧振頻率會隨著電子元器件的實際運行發生改變，因此在電網頻率不斷波動的情況下，仍然能夠保證一定的控制效果[5]。相關人員通過將一個PR控制器與電網實際頻率相關聯，更新PR控制器增益數值，使電網頻率始終保持在與諧振相匹配的狀態下，以此達到對諧波的控制補償，從而在兼顧控制效果的情況下，提升該控制方法在更多電力設備中的實用性，完成對有源電力濾波的控制。

2 對比實驗

為驗證本文提出的基于PR控制器的有源電力濾波控制方法在實際應用中具有一定的可行性，將該方法與傳統控制方法進行對比。選擇某生產企業常用機電裝置作為實驗對象。該裝置功率為18.5 kW，光伏電池總功率為34.5 kW，電池容量為22.5 kW，母線總電壓為220 V。實驗過程中，將該機電裝置的功率設置為4.5 kW、5.0 kW、5.5 kW、6.0 kW和6.5 kW。分別利用本文提出的控制方法與傳統控制方法對該機電裝置在運行過程中產生的有源電力濾波進行控制。通過電子表格記錄兩種控制方法的最終控制結果，將控制功率與實際所需功率進行比較，得出如圖2所示的實驗結果對比圖。

圖2 實驗結果對比圖

根據圖2中3條曲線對比可以看出，本文提出的控制方法在進行50次控制后，呈現出的控制效果明顯比傳統控制方法更符合實際需求功率的變化。在實驗過程中，利用PR控制器可以根據控制結果對控制信號進行實時調節，充分保證有源電力濾波的平穩性。因此，通過實驗證明，本文提出的濾波控制方法具有更高的控制精度，并且在實際應用中可行性更強。

3 結語

本文針對當前電力企業存在的諧波污染問題，采用PR控制器，在電力系統穩定運行的前提條件下，實現對其有源電力濾波的控制。通過實驗初步證明了該控制方法的可行性，有效降低了PR控制器帶寬，從而增強電力系統運行的穩定性，達到電力系統所需的控制效果。根據PR控制器的特點，還可將其應用在環流抑制方面。今后通過更加深入的研究，可為電力系統提供全方位的安全保障。