LCL型APF的模型预测电流控制研究

• 作 者: 高明伟
• 出 处: 哈尔滨工业大学
• 发表日期: 2020年02期
• 关键词: 有源电力滤波器 模型预测 电流控制 LCL谐振抑制

随着电力电子设备在电网系统的日益普及,谐波污染现象愈发严重,有源电力滤波器(Active Power Filter,简称为APF)是谐波抑制的重要装置,其电流控制策略的有关研究受到广泛关注。本文对三相三线制LCL型APF中的模型预测电流控制策略进行了研究,具体内容包括以下方面。建立了LCL型滤波器连接的APF电路模型并完成参数设计。对三相三线制LCL型APF完成数学建模,设计了直流侧母线电压、直流侧电容以及交流侧总电感,计算了LCL滤波器的参数范围并对比了不同参数下的LCL滤波器的滤波性能,选取适当的无源阻尼参数实现LCL谐振抑制,之后通过仿真验证了无源阻尼具有良好的谐振抑制效果。对LCL滤波型APF的模型预测电流控制策略与直流侧母线电压闭环PI控制器进行了设计,并研究了长视野模型预测电流控制。根据数学模型来建立LCL型APF的电流预测模型,采用模型预测控制实现APF对指令电流的跟踪,仿真验证了上述预测模型的可行性。为提高APF的系统稳定性和电流补偿效果,需要设计直流侧母线电压闭环PI控制器并进行分析,使直流侧母线电压保持稳态。由于单步模型预测算法具有一定保守性,运用具有长预测视野的模型预测电流控制策略以使APF实现两步最优控制。改进了传统的参考电流预测方法,一是提出一种直接预测方法以提高对高次谐波的预测精度,二是在参考电流预测值中加入有源阻尼部分以实现谐振抑制。针对传统的参考电流线性预测方法较难实现对高次谐波准确预测的补偿电流控制精度的问题,首先对APF参考电流进行分频,之后对各次谐波分别预测并求和计算出预测参考电流值,提高电流的补偿精度。针对不同的LCL型APF虚拟阻尼策略进行研究后确定采用滤波电容并联阻尼方法,计算虚拟阻尼的大小并将阻尼部分加入预测电流参考值中,实现谐振抑制。对运用多目标成本函数的模型预测电流控制进行了研究,使APF能在实现电流补偿的同时实现其他目标。构造一种含有滤波电容电压约束项的新型多目标成本函数,以降低成本函数为前提选择适当的开关矢量完成电流控制,实现无阻尼条件下LCL滤波器的谐振抑制。此外,通过在成本函数中加入开关频率约束项,选择使成本函数值趋于最小的开关矢量完成电流控制,从而在保证APF补偿电流能准确跟踪参考电流的前提下降低开关频率。