基于模糊自适应PI控制的有源电力滤波器

1、自动化与仪器仪表年第期（总第期）基于模糊自适应PI控制的有源电力滤波器郭丽娜，史祥翠，邵亚娟（1郑州铁路职业技术学院 郑州，454000）（2河南理工大学 焦作，454150）摘要：分析了有源电力滤波器的结构及其工作原理，提出了模糊自适应控制策略并应用到有源电力滤波器直流侧母线电压的控制中。仿真实验表明，该控制算法提高了系统的动态性能和抗干扰性。关键词：有源电力滤波器；模糊自适应控制；直流侧电压控制Abstract: This paper primarily introduced the structure and working principle of Active Power Filte

2、r.It put forword a controler of fuzzyself-adaptive PIand being used in DC-side voltage control of Active Power Filter.The simulation results indicate that the fuzzy self-adaptive PI controler improved dynamic performance and interference immunity of the system.Key words: Active Power Filter ; self-a

3、daptive fuzzy PI control ; DC-side voltage control中图分类号：文献标识码：文章编号：（）引言随着电力电子技术、计算机技术和控制技术的发展以及电力电子器件的广泛应用，电网中的谐波污染也日趋严重，如何减少和消除谐波成为了当前亟待解决的一个问题。目前，消除谐波的方法主要有滤波器和有源电力滤波器（，）。由于滤波器存在补偿性能较差，难以对变化的无功功率和谐波进行有效补偿的缺点，使得对响应速度快、能够动态连续实时补偿的的研究和应用越来越广泛。为了保证能够正常工作，且能够实时精确的补偿谐波电流，须使逆变器直流侧有足够大的电容电压且能保持稳定。所以，直流电容的

4、选择及其电压的稳定控制对于电压源型逆变器功率电路的设计至关重要，并且直接影响到的补偿效果和安全性。通常对直流侧电压采用控制，但是控制往往需要建立精确的数学模型，鲁棒性较差，容易引起电压超调和电流冲击，导致系统过压、过流保护动作，严重时会导致等期间的过流击穿。模糊控制器是近年发展起来一种的新型控制器，它的优点是不要求掌握受控对象的精确数学模型，而根据人工控制规则组织控制决策表，然后由该表决定控制量的大小。本文将模糊控制与控制两者结合起来，提出了模糊自适应控制，并将其应用在对的控制中，扬长避短，既具有模糊控制灵活而适应性强的特点，又具有控制精度高的特点，大大提高了系统的动态性能和抗干扰性。仿真结果

5、证明了所提出的控制策略的有效性。有源电力滤波器的构成及工作原理图为最基本的有源电力滤波器（）系统构成的原理图。图中，表示交流电源，负载为谐波源。有源电力滤波器系统由指令电流运算电路和补偿电流发生电路（由电收稿日期:2011-02-22作者简介:郭丽娜(1981-),女,硕士,主要研究方向为电力电子与电气传动。流跟踪控制电路、驱动电路和主电流三部分构成）组成。其中，指令电流运算电路的核心是检测出补偿电流对象电流中的谐波和无功等电流分量；补偿电流发生电路的作用是根据指令电流运算电路得出的补偿电流的指令信号，产生实际的补偿电流。主电路目前均采用变流器。图并联型有源电力滤波器系统构成工作原理：检测补偿

6、对象的电压和电流，经指令电流运算电路计算得出补偿电流的指令信号，该信号经补偿电流发生电路放大，得出补偿电流，补偿电流与负载电流中要补偿的谐波及无功等电流抵消，最终得到期望的电源电流。有源电力滤波器直流侧电压控制原理由上面的分析可知，补偿电流发生电路是并联型有源电力滤波器的一大组成部分。补偿电流发生电路由逆变器及其相应的驱动电路、电流跟踪控制电路组成，直流母线上接的直流电容器作为逆变器的电源，为逆变器工作提供能量。逆变器正常工作需要稳定的直流母线电压，但是由于靠电容器提供能量，电容器的端电压必然受电网和负载的能量状况影响，随着工况的变化而变化。为使逆变器有良好的补偿电流跟随性能，必须将逆变器直流

7、侧电容的电压控制为一个适当的值。目前对于直流母线电压的控制主要有两种措施：（）为直流侧电容再提供一个单独的直流电源。基于模糊自适应控制的有源电力滤波器郭丽娜，等这种方法虽然能够达到控制直流侧电容电压的目的，但需要另设一套电路，增加了系统的复杂性和成本。（）对开关器件进行适当控制，根据能力平衡原则，通过在指令电流中附加有功分量，使直流母线电容直接从交流侧获取能量，实现对直流母线电压的控制。本文针对第二种方法对主电路直流母线电压的控制方法进行研究，提出了模糊自适应控制策略。模糊自适应控制原理模糊自适应控制器通过对调节器参数进行自适应调节以实现对系统的控制。以误差和误差变化作为输入，可以满足不同时刻

8、的和对参数自整定的要求。利用模糊控制规则在线对参数进行修改，便构成了自适应模糊控制器，其结构如图所示。（）的模糊规则表（）的模糊规则表图模糊自整定控制器控制方案原理Udc直流母线电压实际测量值；Uref直流母线电压参考值；W(s)电压环传递函数模糊控制器以误差和误差变化为输入变量，以控制量的变化为输出变量。选择模糊输入变量为当前的电压和参考电压的偏差（）及其变化率（），选择其模糊子集为，子集中元素分别代表负大，负中，负小，零，正小，正中，正大。下面以误差为例讲述隶属函数的确立，模糊子集采用形隶属函数，模糊子集采用形隶属形函数，其他采用三角形隶属函数，误差的隶属函数如图所示。模糊输出变量为电网注

9、入主电路的有功电流控制量（）。模糊输入变量和模糊输出变量的基本关系如下式（）：（）上式中，Kp为控制器的比例系数，Ki为控制器的积分系数，为直流母线电压与其参考值的偏差。根据各模糊子集的隶属度赋值表和各参数模糊控制模型，应用模糊合成推理设计参数的模糊矩阵表，查出修正参数代入下式（）中计算：（）在线运行过程中，控制系统通过对模型逻辑规则的结果处理、查表和运算，完成对参数的在线自校正，其工作流程图如图所示。仿真结果及分析本文选用二极管整流桥作为非线性负载，利用对控制方法进行仿真。有源电力滤波器投入前和投入后的稳态电网侧电流波形如图和图所示。从图可以看出，有源电力滤波器投入后，电网侧电流波形由畸变波

10、形改善为正弦波。从图可以看出，采用模糊参数模糊自整定是找出Kp、Ki两个参数与和之间的模糊关系，在运行中通过不断检测和，根据模糊控制原理来对两个参数进行在线修改，以满足不同和时对控制参数的不同要求，而使被控对象有良好的动静态性能。参数的整定必须考虑到在不同时刻两个参数的作用以及相互之间的互联关系。模糊自整定是在算法的基础上，通过计算当前系统误差和误差变化，利用模糊规则进行模糊推理，查询模糊矩阵表进行参数调整。当误差大或较大时，选择控制量以尽快消除误差为主；而误差较小时，选择控制量要注意防止超调，以系统的稳定性为主要出发点。现将作者在操作过程中要遇到的各种可能出现的情况和相应的控制策略汇总为模糊

11、规则表。将系统误差和误差变化率变化范围定义为模糊集上的论域，图误差、的隶属函数自动化与仪器仪表年第期（总第期）自适应控制策略使得有源电力滤波器的直流母线电压维持在一个稳定值。仿真实验结果表明该控制算法提高了系统的动态性能和抗干扰性，使整个滤波装置具有较好的滤波效果。图采用模糊自适应控制的直流母线电压波形图在线自校正工作流程图结论本文针对传统的控制方法的不足，结合模糊控制原理，提出了模糊自适应控制策略，并将其应用在有源电力滤波器直流侧母线电压的控制上。仿真实验结果表明，这种控制策略能够大大提高系统的动态性能，很好的满足了有源电力滤波器直流侧母线电压的控制要求，使电网电流的谐波含量大幅度降低。参考

12、文献陶永华等新型控制系统及其应用北京：机械工业出版社，王兆安，杨君，刘进军谐波抑制与无功功率补偿（第版）图有源电力滤波器投入前网侧电流波形北京：机械工业出版社，殷志柱，杨煜普等基于双闭环模糊控制的有源电力滤波器电力系统保护与控制，（）刘金琨先进控制及其仿真北京：电子工业出版社，李智华，刘振等有源电力滤波器直流侧电压的模糊自适应控制电源技术，（）图有源电力滤波器投入后网侧电流波形（上接第68页）调整型孔板与目前流量仪表标准检测件仅为和中列举的几种：孔板、喷嘴、文丘里管、临界流文丘里喷嘴等。调整型孔板目前虽然未被列入标准检测件，但由于它具备无需较长的安装直管段、测量精度高、重复性好等重要特点，已被美国煤气协会（），美国机械工程师协会（）及美国国家标准化组织（）批准用于精密流量测量。通过实验分析调整型孔板的流出系数，可以发现调整型孔板也是遵循中标准孔板流出系数随雷诺数变化趋势的。结束语随着调整型孔板流量测量的理论研究和应用技术的日趋成熟，调整型孔板的应用会越来越广泛。调整型孔板的出现是节流式差压流量计发展生命力强盛的