有源电力滤波器模型预测控制策略研究

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1、硕士学位论文有源电力滤波器模型预测控制策略研究StudyonModelPredictiveControlAlgorithmofActivePowerFilter作者：王晓莹导师：周娟教授中国矿业大学二〇一五年五月中图分类号TN713学校代码10290UDC621.3密级公开中国矿业大学硕士学位论文有源电力滤波器模型预测控制策略研究StudyonModelPredictiveControlAlgorithmofActivePowerFilter作者王晓莹导师周娟申请学位工学硕士培养单位信电学院学科专业电气工程研究方向电能质

2、量控制答辩委员会主席戴鹏评阅人盲审二○一五年五月论文审阅认定书研究生王晓莹在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学位论文,经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文送专家评审。导师签字：年月日致谢在周娟教授的悉心指导下，本文得以顺利完成，周老师严谨治学、平易近人的作风令我钦佩。在硕士学习期间，周老师在学业和生活上都给予我无私的关怀、帮助和指引，让我受益良多。在此，谨向我的导师致以深深地敬意和衷心

3、地感谢！感谢魏琛、刘马隆、楚程媛、高超绪、高洋、杨擎等硕士研究生及杜少通博士三年来给予我的热心帮助和诚恳建议；感谢郑婉玉、陈映、王福均、甄远伟等505实验室的师弟、师妹，感谢你们对我的帮助和支持，你们是促使我进步的良师益友！感谢我的室友左海维、朱靖、吴娇娇，与你们一起的时光总是轻松快乐，谢谢你们与我共度这一段青春岁月，你们是我生命中弥足珍贵的美丽风景。感谢李凯多年来的陪伴，你的爱与包容、信任与鼓励让我更坚强勇敢、更热爱生活，让我找到更好的自己，与你相知相伴是我莫大的幸福。感谢我挚爱的亲人们，你们的关怀一路伴随我成长，你们

4、的理解和支持是我最强大的后盾和最温暖的寄托！摘要有源电力滤波器（ActivePowerFilter,APF）是解决供电系统谐波污染问题的有效措施，其中电流跟踪控制是影响有源滤波系统补偿性能的关键环节之一。本文针对低压供电系统，分别以两电平和三电平APF为研究对象，对其电流控制策略展开研究。传统的APF电流环控制通常以补偿效果作为单一目标，且多电平变流器空间矢量脉宽调制（SpaceVectorPulseWidthModulation,SVPWM）过程较复杂，本文采用无差拍模型预测控制（ModelPredictiveCont

5、rol,MPC）策略对APF进行多目标控制。首先给出了两电平APF无差拍模型预测控制器的设计方法，讨论了电流跟踪误差范围；采用价值函数分级优化对控制器进行改进，在实现多目标控制的同时，控制电流跟踪误差在一定范围内。参考三电平APF电流跟踪误差范围的分析，给出适用于NPC（Neutral-PointClamped）结构三电平APF的无差拍模型预测控制策略：设计价值函数对参考电流跟踪偏差、中点电位偏移及平均开关频率三个性能指标进行综合评价，以实现APF系统的多目标控制；采用基于扇区判断的价值函数分级优化方法对传统的MPC控制

6、策略进行改进，减小了计算量，简化了价值函数的设计方法及矢量寻优过程。针对无差拍模型预测控制对参数依赖性较强的问题，提出了重复无差拍控制与模型预测控制相结合的复合预测控制策略。对重复无差拍控制器进行了参数设计，分析了重复无差拍控制系统的稳态误差和对参数变化的适应性。分析表明重复无差拍控制具有良好的稳态性能和参数变化适应性，模型预测控制动态响应快、控制灵活，基于二者分别的优势，给出了复合预测控制的方法。对所采用的控制策略进行了仿真分析，仿真结果表明采用无差拍模型预测控制策略的两电平APF能有效补偿谐波电流，同时可兼顾降低平均

7、开关频率，对负载波动有良好的适应性，在此基础上采用价值函数分级优化控制，可有效约束电流跟踪误差，控制更灵活。与两电平APF相比，将无差拍模型预测控制应用于三电平APF中更具有优势，应用无差拍模型预测控制的三电平APF可在较低的采样频率下实现电流的精确跟踪和中点电位平衡，平均开关频率更低，系统动态响应速度较快；基于扇区判断的价值函数分级优化策略能实现与传统模型预测控制相近的控制效果，与后者相比算法更加简单，更易于参数调节，该算法对负载波动适应性较好，但电流跟踪精度对主电路参数依赖性较大。复合预测控制系统具备良好的动、稳态性

8、能，对负载波动有良好的适应性，且在一定程度上改善了无差拍模型预测控制对参数依赖性大的缺点。基于两电平APF实验平台对所采用的无差拍模型预测控制策略进行了实验研究，结果表明该方法能有效抑制谐波，动态响应快，与传统无差拍控制相比，同等控制精度下具有平均开关频率较低的优势。关键词：有源电力滤波器；无差拍控制；预测控制；重复