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并聯有源濾波器的復合電流跟蹤控制策略研究

2021-06-12

隨著電力電子技術不斷發展,各種變頻器、開關電源和電抗器不斷應用于生活、生產中,這些電力電子器件使得電網的正常運行受到影響,妨礙了儀器儀表的正常工作,增加了電力元件的損耗。因此,有源濾波技術已經變得非常重要,而其中的關鍵技術,電流跟蹤控制技術更是研究的熱難點。目前,常用的電流跟蹤控制方法主要有以下幾種:瞬時值比較控制,單周控制,變結構控制,空間矢量PWM控制和智能控制等等[1]。筆者在學習了各種控制方法的基礎上,針對瞬時值比較控制動態響應速度快,補償電流時,實時跟蹤性能好但屬于有差控制,存在不能消除系統的靜態誤差的局限性;針對模糊自適應遞推積分PI控制雖然可以實現無差拍控制,但在誤差較大時,系統需要較長時間達到穩定狀態,有響應速度慢這樣一個缺點,提出了一種新型控制方法,該方法綜合了上述兩種方法的優點,提高了有源電力濾波器的穩態性的同時也保證了系統的動態性能。圖1APF模型1APF的模型本文研究的APF為三相并聯型[2],其模型如圖1所示。2復合控制算法研究分析圖2瞬時值比較控制原理圖2.1瞬時值比較控制瞬時值比較控制又叫滯環控制,它雖然具有控制簡單,電流響應很快,不需要載波等優點,但是它是有差控制,對于精度要求較高的控制系統不能滿足要求[3],其原理框圖見圖2。2.2模糊遞推積分PI控制傳統的PI控制器包含比例和積分環節,對于直圖3模糊自修改遞推積分PI控制原理圖流量和變化緩慢的變量可以較好的做到無差控制,但是不適合用在周期變化的變量上。遞推積分PI控制克服了上面的不足,但是對于控制器參數Kp,Ki的整定依舊比較困難,它們一經確定下來,便無法在控制過程中實現實時修改。為了解決該問題,筆者將模糊控制與遞推積分PI控制并聯在一起復合運行,實現了Kp,Ki的在線實時修改。模糊遞推積分PI控制的原理框圖如圖3所示。指令電流ic*與APF產生的實際補償電流ic之差e以及它的變化率de/dt經過模糊控制器將它們模糊后,然后按照模糊規律進行推算,再將推算得到的模糊值還原成確定值,最后得到實時修改變量Kp,Ki,將他們與遞推積分控制中的參數Kp,Ki相疊加得到整定后的系統參數K'p,K'i。K'p變大,系統的響應速度會變快,靜態誤差會變小,但是當K'p很大時,雖然系統的響應速度很快,穩態誤差也很小,但是系統會超調,失去穩定性;而K'p過小時,雖然超調量較小,也會引起系統響應過慢,靜態誤差過大這些問題。K'i變大,系統的穩態誤差會變小,而當K'i過大時雖然能做到無差控制,然而系統會失穩,當K'i過小時系統的穩態誤差會很大,不能滿足控制精度上的要求。因此,參數K'p,K'i的選擇非常重要[4]。針對以上情況,筆者將上面這兩種方法結合在一起,取長補短,提出了一種復合控制的方法[5]。2.3復合控制其原理框圖如圖4所示。圖4復合控制原理框圖ic*和ic相減得到的誤差信號經比較器處理,當發現誤差信號的絕對值e(k)大于H值時,滯環電流控制器投入工作,迅速減小誤差,當誤差減小到e(k)小于H值時,模糊遞推積分PI控制器開始作用于誤差信號,消除系統的穩態誤差。其控制規則也可用如下的式子表示出來:uc(k)=0,e(k)>H,1,e(k)<-H,uF-PI(k),e(k){H.(1)上式中,0,1為滯環電流控制的輸出量,uF-PI(k)為模糊遞推積分PI控制的輸出量,H為比較器的輸入環寬值,該值的大小設置非常關鍵,它直接關系到哪個控制器投入使用。因為遞推積分PI控制器,模糊控制器一經設計好,該控制比較器相應的最優環寬值也就確定下來了。

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