有源电子滤波器迭代PI控制器的设计

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【摘要】电流跟踪控制器的设计是有源电子滤波器关键问题之一。电流跟踪控制器的给定为交流信号，本质属于随动系统。由于传统PI控制器在对交流信号的踪上存在静差，影响了有源电子滤波器的控制效果。本文分析研究了迭代pi控制器，证明了该控制器与重复控制的等价性。由于迭代PI控制器具有周期积分器，所以从根本上消除了传统PI的静差问题。文章最后通过Matlab仿真对比了两种控制方法的控制效果。

【关键词】有源电子滤波器；迭代PI；电流跟踪

1.引言

随着电力电子技术的发展，大量非线性器件的使用引起的电网谐波污染日益严重，有源电力滤波器（APF，Active Power Filter）作为目前抑制谐波最理想的解决手段，受到广泛的关注。图1为并联APF谐波补偿原理图。

有源电子滤波器的关键技术主要包括：谐波电流检测方法和电流跟踪控制算法。目前大量的控制算法都被应用于有源电力电子滤波器，有发展很成熟的方案：如滞环控制、传统PI控制等；有近几年兴起的新型控制方案：如滑模变控制、单周控制、重复控制等。各种控制方案各有自身的优点，如滞环控制原理简单、容易实现、鲁棒性能好，传统PI控制开关频率固定，容易滤除开关频率附近的高频谐波。滞环控制和PI控制算法是APF系统中应用最广泛的两种方法，据日本电气学会调查，它们的占有率都在45%-50%之间。

传统的PI能够对被控量为直流量和变化缓慢的量实现无静差控制，但当被控量为正弦量时（比如交流驱动），如果直接采用传统PI进行控制，就会存在静态误差。将交流信号通过同步旋转变换成直流时，PI能够对被控量为标准的正弦量实现无静差控制[1]，但有源滤波系统中含有多次谐波，如果每次谐波都经过旋转变换会增加计算量，不易于工程实现。

迭代PI控制[2]是近几年才被应用于APF系统中的一种新型控制算法。本文介绍了其基本原理，分析了其与重复控制的相似点和对APF系统的适用性。

同时，我们发现与具有相同结构，都具有与周期相关的参数N，这意味着重复控制与迭代PI控制都具有周期性控制特点，分析迭代PI离散域的结构框图，如图4所示，可以发现，它具有超前预测系统误差，并与重复控制具有相同的内模结构，从这个意义上说，重复控制与迭代PI控制具有很大相似性。

4.仿真实验结果

5.结论

本文分析了迭代PI与重复控制的相同点，重复控制是内模原理的基础上提出的，迭代PI改进了传统PI，采用了周期积分。两种控制方法出发点不同，但具有相同的结论。文章的结论过仿真验证了迭代PI在有源电子滤波器中的控制效果优于常规PID。文章将新型的迭代PI控制器归入了传统的重复控制，对电力滤波器控制器的选择具有重要的意义。

参考文献

[1]A.Veltman S.Bhattacharya,D.M.Divan,and R.D.Lorenz.Flux based active filter controller.IEEE Trans.Ind.Applicat.1996,32(3):491-502.

[2]唐欣,罗安,涂春鸣.基于递推积分PI的混合型有源电子滤波器电流控制[J].中国电机工程学报,2003,23(10):38-41.

[3]耿攀,戴珂,魏学良,张凯,康勇.三相并联型有源电力滤波器电流重复控制[J].电工技术学报,2007,22(2):127-131.

作者简介：赵志鹏（1973—），男，河南西平人，硕士，现供职于桂林电子科技大学信息科技学院，主要从事智能仪器、嵌入式开发应用、及测控方面的教学工作。