基于PI+重复控制的有源滤波器谐波抑制策略模型附Simulink仿真

Matlab前程算法屋

于 2025-06-21 10:50:55 发布

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文章标签：神经网络

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🔥 内容介绍

本研究针对有源滤波器谐波抑制问题，提出基于 PI 控制与重复控制相结合的谐波抑制策略模型。详细分析 PI 控制和重复控制的原理与特性，设计融合两种控制算法的策略架构，通过搭建仿真模型对该策略进行性能验证。结果表明，所构建的模型能够有效抑制谐波，相较于单一控制算法，在跟踪精度、稳态性能和动态响应方面具有明显优势，为有源滤波器谐波抑制提供了更优的解决方案，有助于提升电能质量。

关键词

有源滤波器；PI 控制；重复控制；谐波抑制；策略模型

一、引言

随着电力电子设备在工业和生活中的广泛应用，电网中的谐波污染问题日益严重。谐波会导致电气设备发热、效率降低、继电保护装置误动作等一系列问题，严重影响电力系统的安全稳定运行和电能质量。有源滤波器（Active Power Filter，APF）作为一种动态抑制谐波、补偿无功的电力电子装置，在谐波抑制领域发挥着重要作用。

控制策略是决定有源滤波器谐波抑制效果的关键因素。传统的比例 - 积分（PI）控制算法具有结构简单、动态响应快的特点，但在处理周期性谐波信号时，存在稳态误差较大的问题；重复控制能够对周期性信号实现无静差跟踪，但动态响应速度较慢。为了充分发挥两种控制算法的优势，弥补彼此的不足，本研究提出基于 PI + 重复控制的有源滤波器谐波抑制策略模型，旨在提高有源滤波器的谐波抑制性能。

二、PI 控制与重复控制原理

2.1 PI 控制原理

2.2 重复控制原理

三、基于 PI + 重复控制的有源滤波器谐波抑制策略模型设计

3.1 总体架构设计

基于 PI + 重复控制的有源滤波器谐波抑制策略模型采用双环控制结构，即电流内环和电压外环。电压外环主要用于维持直流侧电容电压的稳定，为电流内环提供稳定的工作电压；电流内环是实现谐波抑制的核心环节，采用 PI 控制与重复控制相结合的方式。

在电流内环中，PI 控制器负责快速响应电流的突变，对谐波电流进行初步的跟踪和补偿，提高系统的动态性能；重复控制器则在 PI 控制器初步补偿的基础上，对周期性谐波进行精确的无静差跟踪和补偿，提升系统的稳态性能。两种控制器的输出信号通过加权叠加的方式，共同作用于逆变器的驱动信号生成模块，从而控制逆变器输出合适的补偿电流。

3.2 控制器参数设计

3.3 信号处理与算法实现

在该策略模型中，首先需要对电网电流、负载电流等信号进行采集和预处理，通过快速傅里叶变换（FFT）等算法提取出谐波电流分量，作为电流内环的指令信号。PI 控制器和重复控制器分别根据指令信号与实际输出电流的误差进行计算，得到各自的控制输出。

为了实现两种控制器输出信号的有效融合，需要确定合适的加权系数。加权系数的选择可以根据系统的动态和稳态性能要求进行调整，在系统动态过程中，适当增大 PI 控制器输出信号的权重，以加快系统的响应速度；在稳态过程中，增大重复控制器输出信号的权重，提高谐波补偿的精度。最后，将融合后的控制信号经过 PWM 调制等处理，生成逆变器的驱动信号，控制逆变器输出补偿电流，实现对谐波的抑制。

四、结论

本研究成功构建了基于 PI + 重复控制的有源滤波器谐波抑制策略模型，通过理论分析、模型设计、仿真和实验验证，证明该模型能够充分发挥 PI 控制和重复控制的优势，有效提高有源滤波器的谐波抑制性能。相较于单一控制算法，该模型在动态响应和稳态性能方面均有显著提升，为有源滤波器在谐波抑制领域的应用提供了更可靠的技术支持。未来可进一步研究该策略模型在不同类型负载和复杂电网环境下的适应性，以及结合其他先进控制算法，进一步优化有源滤波器的性能。