灰色預(yù)測控制在有源濾波器中的應(yīng)用

1、灰色預(yù)測控制在有源濾波器中的應(yīng)用無源利用和睦振的特點來抑制特定頻率的高次諧波重量和提高功率因數(shù)，體積大、濾波頻率固定和會浮現(xiàn)串/并聯(lián)諧振等缺點，限制了它的廣泛用法；近十年來，有源電力濾波器(active power filters)以其可補償各次諧波，還可以抑制閃變、補償無功，有一機多能的特點，引起人們的廣泛重視，這一新型的諧波抑制裝置有著廣大的進展應(yīng)用前景。與無源濾波器相比，有源電力濾波器能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)補償，并具有體積小，不易發(fā)生諧振等優(yōu)點。為了保證有源電力濾波器的工作性能，實時精確的檢測出負載中的諧波重量，獵取正確的諧波補償信號至關(guān)重要。目前諧波檢測的主要辦法有基于瞬時無功功率理論、基于頻域

2、分析的迅速傅里葉變換（fft）和自適應(yīng)等辦法,但這些辦法涉及參數(shù)多，計算量大，過程復(fù)雜，尤其是對apf 系統(tǒng)延遲問題。針對數(shù)字化的apf系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)固有的延遲特點，運用灰色系統(tǒng)理論的(1,1)灰色預(yù)測模型，提出基于灰色預(yù)測的apf 預(yù)測控制計劃。2.系統(tǒng)的實現(xiàn)2.1 apf 系統(tǒng)的工作原理和數(shù)學(xué)模型并聯(lián)型有源濾波器原理圖1 所示，其中us 和uc 分離為電網(wǎng)電源相和輸出相電壓，l 為扼流電感，r 為電感內(nèi)阻及線路的等效。設(shè)系統(tǒng)的三相平衡，系統(tǒng)可用單相來近似描述。電流li和apf輸出的補償電流ci由圖1可得apf 的數(shù)學(xué)模型。在apf中，迅速實時跟蹤負荷中諧波電流的變幻時，通常是當(dāng)前時刻檢測出負

3、載的諧波電流和補償電流，計算出下一時刻逆變器的補償量，即給系統(tǒng)帶來起碼一個采樣周期的延遲。此外，系統(tǒng)受電壓、電流的采樣、輸入濾波器的相位滯后和參數(shù)計算所需的運算時光等的影響同樣會給系統(tǒng)的控制帶來時光的滯后?？刂频臅r延將會挺直影響系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。設(shè)系統(tǒng)信號輸入濾波器為一抱負環(huán)節(jié)，對補償范圍內(nèi)的諧波重量不帶來相位滯后，通過選用高a/d 轉(zhuǎn)換器和數(shù)據(jù)處理器使系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和控制信號的產(chǎn)生在功率開關(guān)器件一個開關(guān)周期內(nèi)完成。即構(gòu)成的離散控制系統(tǒng)，從信號的采樣到形成 電壓命令，并在下一個開關(guān)周期產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號由逆變器輸出，即最少延遲了約一個開關(guān)周期。系統(tǒng)電流環(huán)的結(jié)構(gòu)圖可寫為圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖其中g(shù)n

4、 (s) 、k 、e?st 分離為諧波檢測環(huán)節(jié)、逆變器、電流比例調(diào)整器、延遲環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)。其中pwm 逆變器的輸出電壓uc 在一個采樣周期得平均值就是uc 。22apf 的灰色預(yù)測控制系統(tǒng)的實現(xiàn)圖3為apf灰色預(yù)測控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，系統(tǒng)通過采樣裝置在k時刻對負載電流和apf輸出補償電流舉行采集和收拾；由灰色預(yù)測裝置建模，得出k+1時刻負載諧波電流；由apf的模型、控制量和ic (k) ，預(yù)測出apf輸出的電流在k+1時刻的值i?c (k + 1) ；確定控制量，使將來的輸出ic 盡量臨近目標。圖3 灰色預(yù)測控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖2.2.1負載的諧波電流的預(yù)測為了不斷把新得到的數(shù)據(jù)考慮進去, 這就

5、要求將每一個新得到的數(shù)據(jù)送入原始序列x (0) 中，重建gm(1,1), 重新預(yù)測, 我們把它稱為新息模型。采納這種新息模型,隨著時光的推移, 新息越來越多, 存貯量不斷擴大,運算量也不斷增強, 這既不適合工業(yè)過程控制對實時性、迅速性的要求, 而且老數(shù)據(jù)的信息意義會隨時光的推移而降低, 甚至?xí)翛]新信息。為了克服這一沖突，在這里每補充一個新信息的同時去掉一個老信息，以便在滾動建模時維持原始序列數(shù)據(jù)個數(shù)n不變。3.系統(tǒng)的取系統(tǒng)的非線性負載采納三相不行控整流電路，系統(tǒng)的非線性負載電流和睦波電流波形6所示。取系統(tǒng)的采樣頻率fs =10khz ,l=1mh,r=0.5，kp =kq =1，運算過程中的

6、序列組元素個數(shù)n=5，采納gm(1,1)對系統(tǒng)諧波信號舉行預(yù)測，系統(tǒng)的仿真結(jié)果4所示:圖4 電網(wǎng)經(jīng)apf補償后的負載電流波形采納圖2和圖3系統(tǒng)控制后系統(tǒng)各部分電流波形分離4(a)、(b)所示。對照圖4(a)和(b)可見，采納灰色預(yù)測控制能較好克服apf滯后對諧波補償?shù)挠绊?，充實了系統(tǒng)的性能。4. 結(jié)論本討論取得以下創(chuàng)新點：（1）提出了基于灰色預(yù)測的apf預(yù)測控制計劃；（2）應(yīng)用灰色系統(tǒng)理論建立了負荷諧波電流的gm(1,1)預(yù)測模型,在第k 步預(yù)告出第k+1 步的諧波電流i?h (k + 1) ，在此基礎(chǔ)上來實現(xiàn)補償重量對負載諧波重量的無差拍跟蹤。（3）實現(xiàn)了灰色系統(tǒng)，完成了負載的諧波電流的預(yù)測、apf補償電流的預(yù)測和控制律的設(shè)計。本討論得出以下結(jié)論：（1）目前諧波電流檢測的主要辦法有基于瞬時無功功率理論、基于頻域分析的迅速傅里葉變換（fft）和自適應(yīng)3,4等辦法,但這些辦法涉及參數(shù)多，計算量大，過程復(fù)雜，尤其是對apf 系統(tǒng)有延遲問題。（2）灰色預(yù)測需要的原始數(shù)據(jù)少, 計算量較小，辦法容易。（3）基于灰色系統(tǒng)模型的電力有源