模糊控制有源电力滤波器在电力推进船舶中应用

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1、万方数据52卷第1期(总第194期)2011年3月中国造船SHIPBUⅡ，DINGOFCmNAV01．52No．1(SzrialNo．194)MaT．201l文章编号：1000-4882(2011)01．0193．08模糊控制有源电力滤波器在电力推进船舶中应用赵红1，郭晨2，姚玉斌1(1．大连海事大学轮机工程学院，大连116026；2．大连海事大学信息科学技术学院，大连116026)摘要电力推进船舶中，由于电力电子开关器件在推进电机变频调速装置中的广泛应用，使之在船舶电力系统中产生了大量的谐波，通常的解决方案是施加无源LC滤波器装置。近年来

2、，克服了无源滤波器种种不足的有源电力滤波器(ActivePowerFilter，APF)得到了快速发展，该文将APF应用到电力推进船舶的电力系统中，并将模糊控制策略分别应用到并联型APF的电流跟踪环节和直流测电压控制环节．仿真结果表明，与常规的并联型APF相比，该文提出的基于模糊策略的APF具有更好的谐波抑制性能。关键词：有源电力滤波器；电力推进船舶；模糊控制；MATLAB仿真中图分类号：U665．14文献标识码：A0引言20世纪80年代以来，电力电子技术、现代控制技术、微电子技术和计算机技术的进步，使交流变频调速技术取得了突破性进展，电力

3、推进船舶亦随之迎来了一个蓬勃发展的新时期。豪华邮船、破冰船、轮渡船、工程船等民用船舶以及军用舰船等越来越多地采用了基于交流传动的电力推进方式。交流推进电机的调速主要采用变频调速，在采用电力电子器件实现变频调速的过程中，由于电力半导体器件的开关特性，在其输入和输出侧的电压和电流中都会出现波形畸变，从而产生了大量的谐波。大量谐波的存在，不仅使船舶发电、输电和用电设备的效率降低，而且会使电气设备过热，并导致绝缘老化、使用寿命缩短，甚至发生设备故障或烧毁；谐波还会对船舶电力系统中的继电保护和电力测量等设备带来严重影响，引起误动作和拒绝动作，降低了继

4、电保护设备和自动控制装置的可靠性。此外，谐波对船上的通信设备也会产生严重的电磁干扰。因此，谐波抑制问题在电力推进船舶上显得尤为重要。过去国内外大多采用LC无源滤波装置进行谐波抑制和无功补偿，但其存在损耗大、与无功补偿要求难以协调、只能补偿固定频率谐波等缺点。目前的趋势是采用电力电子装置进行谐波补偿，即采用有源滤波器(ActivePowerFilter，APF)。APF的主要优点有：(1)实现了动态补偿。(2)滤波器特性不受系统阻抗的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危险。(3)同时对谐波和无功进行补倒1。21。APF的电流跟踪环节和直流测电压

5、控制环节通常是采用具有固定参数的常规PI控制器，尽管常规PI控制器具有算法简单、可靠性高等优点，但将其应用到船舶电力系统时，却不能达到理想的控制效果，这主要是因为船舶电力系统本身具有时变、非线性的特点。由于模糊控制不依赖过程的数学模型，收稿日期：2010-05-06；修改稿收稿日期：2010-09-13基金项目：国家自然科学基金项目(61074053)万方数据中国造船学术论文以专家的控制经验(控制规则)为基础，对实际情况进行控制，故基于模糊控制的系统具有较好的动态性能【3—1。本文设计了两个模糊控制器用以代替传统AFP中的PI调节器，并将之

6、应用到电力推进船舶中。仿真结果显示：本文提出的基于模糊策略的APF具有更好的谐波抑制性能。1并联型APF的基本原理并联型APF的工作原理图如图1所示所示。首先检测出谐波电流厶分量作为补偿电流指令e，由电力变换电路产生并向电力系统中注入与‘大小相等、方向相反的补偿电流fc；于是，交流电源侧的电流‘仅含有基波分量0，从而达到谐波补偿的目的。该并联型APF主要有三个组成部分：(1)谐波电流检测环节，产生￡。(2)根据e产生电力电子变流装置所需的PWM信号的脉冲发生环节。(3)电力电子变流装置中直流侧电压控制环节。图1并联型有源电力滤波器APF的基

7、本原理图2基于模糊控制的有源电力滤波器2．1谐波电流检测有源滤波技术中最重要的环节就是负载谐波和无功电流的检测部分，目前已有的方法很多，如：傅立叶变换法、小波变换法、基于瞬时无功理论的坐标变换法、广义d-q坐标变换法等【6】，本文采用的是基于瞬时无功理论的坐标变换法，如图2所示。假设三相电路中的电压和电流的瞬时值分别为i。、毛、t和甜。、‰、甜。，由于船舶电力系统多为三相三线制系统，故：f。_‘_f。=0、甜。_甜6_材。=0。利用电力系统分析中常用的3／2变换，即：三相(a，b，c)坐标系到两相0，芦)坐标系的变换，f矿稿甜矿掰卢分别为电

8、源电压和电流在a、∥坐标上的分量，则：I口f声r：c筇D。『6icr及B口材，】r：c印匦。“。材。r厅rl其中c筇2蚓oL一0．5—0．5]一1．43／2-,5／21万方数据5