有源电力滤波器滑模-无源控制策略研究

doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.21132

摘要/Abstract

摘要：

为了提高有源电力滤波器(active power filter，APF)的补偿性能和谐波抑制能力，提出电压外环采用趋近律滑模控制(sliding mode control，SMC)、电流内环采用无源控制(passivity based control，PBC)的SMC-PBC策略。与比例积分(proportion integration，PI)和PBC相结合的PI-PBC策略、PI和滞环电流控制(hysteresis current control，HCC)相结合的PI-HCC策略相比，SMC-PBC策略可以使APF在负载改变时补偿后的电网电流更接近于正弦波。通过MATLAB/Simulink实验平台进行仿真验证，结果表明SMC-PBC策略有效可行。

关键词: 电力电子, 有源电力滤波器(APF), 无源控制, 滑模控制, 谐波抑制

Abstract:

In order to improve the compensation performance and harmonic suppression ability of active power filter (APF), the SMC-PBC strategy with reaching law sliding mode control (SMC) in voltage outer loop and passivity based control (PBC) in current inner loop was proposed. Compared with the PI-PBC strategy combining proportion integration (PI) and PBC, the PI-HCC strategy combining PI and hysteresis current control (HCC), SMC-PBC strategy can make the compensated current of APF closer to sine wave when load changes. The simulation results of MATLAB/Simulink experimental platform show that the SMC-PBC strategy is effective and feasible.

Key words: power electronics, active power filter (APF), passivity based control (PBC), sliding mode control (SMC), harmonic suppression

中图分类号:

TM 761

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图/表 12

图1 APF拓扑结构图

Fig. 1 Topology diagram of APF

图2 直流侧电压SMC控制原理图

Fig. 2 SMC control schematic diagram of DC side voltage

图3 APF的SMC-PBC控制原理图

Fig. 3 SMC-PBC control schematic diagram of APF

表1 APF仿真电路参数

Tab. 1 APF simulation circuit parameters

电路参数	数值
三相电网电压有效值/V	220
滤波电感器输入阻抗R/Ω	0.01
滤波电感器输入电感L/H	0.01
直流侧储能电容C/μF	3 000
直流侧电容电压期望值 $u d c *$ /V	750
开关频率/kHz	10
不控整流电路电阻负载R₁/Ω	10
不控整流电路电感负载L₁/mH	5
滑模控制器参数c₁， c₂	10
滑模控制器参数k	410
滑模控制器参数 $ε$	3.5
滑模控制器参数A	1

表1 APF仿真电路参数

Tab. 1 APF simulation circuit parameters

电路参数	数值
三相电网电压有效值/V	220
滤波电感器输入阻抗R/Ω	0.01
滤波电感器输入电感L/H	0.01
直流侧储能电容C/μF	3 000
直流侧电容电压期望值 $u d c *$ /V	750
开关频率/kHz	10
不控整流电路电阻负载R₁/Ω	10
不控整流电路电感负载L₁/mH	5
滑模控制器参数c₁， c₂	10
滑模控制器参数k	410
滑模控制器参数 $ε$	3.5
滑模控制器参数A	1

图4 APF直流侧电容电压波形图

Fig. 4 Capacitor voltage waveform on DC side of APF

图5 2倍负载时SMC-PBC电网电流补偿波形

Fig. 5 Current compensation waveform of SMC-PBC power grid at double load

图6 2倍负载时PI-PBC电网电流补偿波形

Fig. 6 Current compensation waveform of PI-PBC power grid at double load

图7 2倍负载时PI-HCC电网电流补偿波形图

Fig. 7 Current compensation waveform of PI-HCC at double load

图8 1倍负载时SMC-PBC电网电电流补偿波形

Fig. 8 Current compensation waveform of SMC-PBC power grid at 1 times load

图9 1倍负载时PI-PBC电网电电流补偿波形

Fig. 9 Current compensation waveform of PI-PBC power grid at 1 times load

图10 1倍负载时PI-HCC电网电流补偿波形图

Fig. 10 Current compensation waveform of PI-HCC at 1 times load

表2 不同负载条件下的电网电流畸变率 (%)

Tab. 2 THD under different load conditions

控制策略	未并联负载	并联负载后
SMC-PBC	2.01	1.17
PI-PBC	2.82	1.79
PI-HCC	2.90	3.69

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