摘要针对传统直流侧电压控制方法的过度调量和静差问题，设计了混合有源电力滤波器控制系统，建立了混合有源电力滤波器系统模型，设计了直流侧电压控制的双模糊控制器。与传统的直流侧电压控制方法相比，该控制方法具有过度调、响应速度快、静差小的特点。模拟结果验证了该方法的正确性和可行性。
关键词混合有源电力滤波器；直流侧电压；双模糊控制器
谐波问题已成为影响电力系统安全和电能质量的重要因素，电力谐波处理越来越受到重视。
目前对APF多采用直流侧电压PI但是PI控制依赖于系统精确的数学模型，鲁棒性差，容易引起电压过度调节和电流冲击；模糊控制不依赖于被控对象的数学模型，稳定性效果也比传统的要好PI控制效果好，但缺点是动态过程中直流侧电压控制效果不理想。
本文建立了混合有源电力滤波器的模拟模型。为直流侧电压控制系统设计了双模糊控制器。模拟结果表明，有源电力滤波器能有效消除谐波电流，具有良好的动态补偿特性。
1 主电路设计
混合有源滤波器的基本原理是从补偿对象中检测谐波电流，产生与谐波电流大小相等的极性相反的补偿电流，使电网只含有基波，达到滤波的目的。
并联混合有源电力滤波器的原理如图1所示。LC由无源滤波器和有源滤波器组成。APF以电压逆变器为有源部分，与无源部分和负载并联。
特定的次谐波主要由无源滤波器消除，由多个单调谐滤波器组成。单调谐滤波器的调谐频率根据补偿对象的谐波组成确定。无源滤波器可由5次、7次和11次单调谐滤波器组成。
APF该系统由指令电流操作电路、电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路组成。工作原理是：检测负载电流Ll和电网电流Is，提取谐波电流，然后控制三相半桥逆变器输出与谐波电流相反的补偿电流Ic，最终使Is接近正弦。
2 直流侧电压控制方法
2．1 双模糊控制方法
本文提出了直流母线电压的双模糊控制方法。由于控制器的增加，该方法提高了控制性能，加快了系统的控制时间、动态响应和稳态误差，算法简单，满足了各种负载变化下直流母线电压控制的要求。
双模糊控制器的设计理念是从人工调节中的粗调、细调甚至微调中得到启发其结构如图2所示。
双模糊控制器的优点是可以根据不同的运行条件在模糊控制器1和模糊控制器2之间自动切换，从而提高系统的快速性，提高控制的鲁棒性。
当系统电容侧电压发生变化时，实现自动切换的原理定义如下：△U大于设定值e0时，模糊控制器1可以提高系统的动态响应性能；系统进入稳态后，电容侧电压的变化△U小于设定值e0时，切换到模糊控制器2进行控制，可以更好地消除系统的稳态误差，提高系统的稳态性能。其中，控制器由电压误差切换△U以及误差变化率du／dt控制。在保证系统控制精度的前提下，控制器可以提高系统速度，增强鲁棒控制。其中△U偏差直流母线电压及其参考值。
模糊控制器根据每个采样时间的参数偏差和变化趋势，根据专家知识建立的模糊规则库，通过适当增加或减少控制强度，快速有效地判断系统，实现稳定控制。
模糊控制器通常只有两个输入量：偏差和偏差变化率。本文中的双模糊控制器采用二维模糊控制器，以误差和误差的变化率为输入变量，以控制量的变化为输出变量。通过对有源电力滤波器直流母线电压控制原理的讨论，选择当前电压Ur与参考电压Uf的偏差△U及其变化率(du／dt)将模糊输入变量注入电网APF主电路有功电流控制量Ud(△ip)。
模糊输入量e、ec定义为
e(k)=Uf-Ud(k)
ec(k)=e(k)-e(k-1) (1)
其中，Ur(k)直流母线电压为k时刻；Uf参考电压。
在7个语言变量定义为：{Positive Big(PB)，Positive Medium(PM)，Positive Small(PS)，Zero(ZO)，Negative Small(NS)，Negative Medium(NM)，Negative Big(NB)}。
对模糊输入e、ec模糊输出u，建立模糊子集e，ec，u={NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}
模糊控制规则是模糊控制的核心，因此如何建立模糊控制规则成为一个关键问题。本文采用MAX-MIN推理合成规则，应用IF-THEN形式模糊条件句，单元集模糊重心法，输入变量和输出变量均采用三角形隶属度函数。输入变量e、ec与输出变量u对应的隶属度函数如图3所示。
模糊控制器的调整过程如下：当实际测量值远小于设定值时，控制量大幅增加；当实际测量值远大于设定值时，控制量大幅减小；当实际测量值与设定值正负偏差不大时，控制量大小根据实际测量值的变化趋势确定。模糊控制器规则如表1所示。
如图4所示。
当实际测量值与设定值之间的偏差时，控制器的切换由误差的大小控制。>e0时，选择开关自动选择模糊控制器1，即粗调。相反，实际测量值与设定值之间的偏差
输入模糊控制器1e，ec的变化范围定义为模糊集上的论域e，ec=实际电压误差E-3，-2，-1，0，1，2，3}ec通过简单的归一化计算，可以获得以上输入论域的范围。
同样，模糊控制器2的输入也是通过归一化计算进行的e，ec变化范围定义为模糊集上的论域e，ec={-3，-2，-1，0，1，2，3}，实际电压误差e和ec的范围是[0，200]。
模糊控制器1和模糊控制器2的内部封装如图5和图6所示。
2．2 常规PID控制方法
目前，在APF常规控制中对直流电压PID控制是比较两种方法的控制效果Matlab／Simulink在模拟环境中，结合并联电压有源滤波器模型，建立常规的直流侧电压PID如图7所示，控制仿真模块，Uf是直流侧总电压的给定值，Ur是直流侧总电压的反馈值，两者之差经PID调整后获得调整信号Ud，它叠加到有功电流中ip上。使有源电力滤波器的补偿电流包含一定的基波有功分量，使电网向有源电力滤波器的直流侧补充能量，并将直流侧电压保持在给定值。
3 仿真分析
本文采用双模糊复合控制方法和传统控制方法PID控制方法控制直流母线侧电压Matlab／Simulink中对APF仿真试验采用直流母线电压。模拟参数如下：(1)PID控制器参数为Kp=1，Ki=0.1，Kd=10。(2)量化因子和输出比例因子模糊控制器的误差和误差K1=0.03 K2=0．2，K3=30，K4=0．02，K5=0．3，K6=25。(3)电容器容量为6 800μF，直流母线参考电压Uf=400 V。
模拟波形如图8和图9所示。
从仿真结果可以看出，双模糊控制和常规控制PI与动态响应相比，控制速度更快小相比，控制效果明显好于PID控制方法。
4 结束语
直流侧电容电压的控制与整个滤波器的性能有关。本文分析了传统直流侧电压控制方法的超调量和静差，设计了双模糊控制器，减少了非线性因素的影响，大大提高了系统的超调量和静差。同时，控制器具有超调小、响应速度快、静差小的特点。模拟结果证明，控制系统具有良好的控制效果。
时间：2013-08-10