基于电流预测前馈结合多PR谐振支路的高速谐波电流开闭环控制方法与流程

本发明属于电力系统领域，具体涉及一种基于电流预测前馈结合多pr谐振支路的高速谐波电流开闭环控制方法。

背景技术：

有源电力滤波器（activepowerfilter，apf）以其高度可控、实时响应的优势，逐渐成为治理谐波污染的首选设备。随着非线性负荷谐波污染的不断增多，面对功率变化剧烈、各次谐波电流波动较大的冲击性负荷，apf治理谐波的动态和稳态性能成为近年来本领域的研究热点。apf系统的电流环分析与控制关系到整机系统的补偿精度与响应速度，是需要克服的关键技术难题。

传统的apf电流环控制通常采用闭环控制方式，将参考电流与实际输出电流的差值送入控制器以实现电流跟踪。当面对负荷具有功率变化剧烈、负荷曲线呈锯齿状、负荷升降速度快、间隔短等特点时，通常需要多个电网电压周期才能实现电流跟踪，完成谐波补偿。这样大大降低了有源滤波器治理谐波污染的实时性。相关文献提出了采用无差拍控制的电流跟踪方法，其本质是开环控制，该方法虽可以有效增加apf系统的响应速度，但该方法过于依赖系统模型，性能与系统参数紧密结合且稳态补偿精度较低。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种基于电流预测前馈结合多pr谐振支路的高速谐波电流开闭环控制方法，在不影响电流环稳态性能的基础上，可以明显改善电流环动态响应时间。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：

一种基于电流预测前馈结合多pr谐振支路的高速谐波电流开闭环控制方法，在多pr谐振闭环控制支路上叠加基于指令电流预测的前向开环电压，所述开环电压由系统参数、指令电流以及反馈电流决定；

并且有：

其中：uref为叠加前向通路之后的参考电压指令值；upr为多pr谐振闭环控制产生的参考指令电压；upred为基于指令电流预测开环控制产生的参考电压；t为基于指令电流预测开环控制产生的参考电压upred作用时间；l为apf并网接口处电感值；ts为apf开关周期；il(k+1)为k+1时刻并网电感上的电流值；il(k)为k时刻并网电感上的电流值；e(k)为k时刻电网电压值；ilpred为(k+1)时刻并网电感电流预测值。

所述基于电流预测前馈结合多pr谐振支路的高速谐波电流开闭环控制方法，按如下步骤进行：

①载入apf参数，包括并网接口处电感值以及apf的开关周期；

②采样k时刻处并网电感上的电流值以及电网电压值，并根据指令电流预估k+1时刻并网电感上的电流值ilpred，通过upred表达式求出基于指令电流预测开环控制产生的参考电压；

③将上述参考电压upred通过pwm调制产生相应的输出电压并作用在并网接口上产生相应的输出电流；

④之后k+1时刻按上述步骤1-3执行；

⑤当(k+1)>t时，退出基于指令电流预测开环控制产生的参考电压upred，多pr谐振闭环控制产生的参考指令电压upr通过pwm调制产生相应的输出电压并作用在并网接口上产生相应的输出电流。

本发明通过在多pr谐振支路上叠加基于指令电流预测的前向开环支路，实现开闭环控制，改善电流环的动态性能，使得叠加后的电流环在谐波突变时能及时跟踪指令电流，从而提高apf系统响应速度。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

（1）本发明所述的基于电流预测前馈结合多pr谐振支路的高速谐波电流开闭环控制方法，不影响apf电流环稳态跟踪性能的前提下，可明显改善电流环动态性能。面对功率变化剧烈、各次谐波电流波动较大的冲击性负荷谐波源能够实现快速跟踪。

（2）相比较于传统的apf电流环控制方法，本发明在多pr谐振闭环控制的基础上叠加基于预测电流的开环控制，实现了开闭环控制，具有运算量小、系统设计简单以及不依赖于系统模型的优势。

附图说明

图1为本发明的apf电流环控制方法流程图；

图2为本发明提出的电流预测前馈开环结合多pr谐振闭环控制框图；

图3为所提基于电流预测前馈结合多pr谐振支路的开闭环控制方式与多pr谐振闭环控制的五次谐波跟踪效果对比图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示为本发明的apf电流环控制方法流程图。

一种基于电流预测前馈结合多pr谐振支路的高速谐波电流开闭环控制方法，所述方法按如下步骤进行：

①载入apf参数，包括并网接口处电感值以及apf的开关周期；

②采样k时刻处并网电感上的电流值以及电网电压值，并根据指令电流预估k+1时刻并网电感上的电流值ilpred，通过upred表达式求出基于指令电流预测开环控制产生的参考电压；

③将上述参考电压upred通过pwm调制产生相应的输出电压并作用在并网接口上产生相应的输出电流；

④之后k+1时刻按上述步骤1-3执行；

⑤当(k+1)>t时，退出基于指令电流预测开环控制产生的参考电压upred，多pr谐振闭环控制产生的参考指令电压upr通过pwm调制产生相应的输出电压并作用在并网接口上产生相应的输出电流。

图2为本发明提出的电流预测前馈开环结合多pr谐振闭环控制框图，控制系统输出参考电压uref由基于电流预测开环控制生成的upred和多pr谐振闭环控制生成的upr两部分组成的，并且有：

其中：uref为叠加前向通路之后的参考电压指令值；upr为多pr谐振闭环控制产生的参考指令电压；upred为基于指令电流预测开环控制产生的参考电压；t为基于指令电流预测开环控制产生的参考电压upred作用时间；l为apf并网接口处电感值；ts为apf开关周期；il(k+1)为k+1时刻并网电感上的电流值；il(k)为k时刻并网电感上的电流值；e(k)为k时刻电网电压值；ilpred为(k+1)时刻并网电感电流预测值。

图3为所提基于电流预测前馈结合多pr谐振支路的开闭环控制方式与多pr谐振闭环控制的五次谐波跟踪效果对比图，并网参数设置相同(l=4mh)。可以看出，多pr谐振闭环控制需要大约0.025秒才能跟踪上指令电流，叠加电流预测前馈之路后，大约在0.005秒就实现了指令电流的跟踪。因此电流环动态性能得到明显改善，而且不影响稳态跟踪精度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。