[发明专利]一种基于模型预测控制的三电平有源滤波器

说明书

本发明公开了一种基于模型预测控制的三电平有源滤波器，涉及有源滤波技术领域；包括如下步骤：（一）、三电平有源滤波器主电路拓扑结构；（二）、三电平有源滤波器系统方案设计；（三）、三电平有源滤波器谐波和无功的检测；（四）、模型预测控制策略；本发明运用Matlab/Simulink仿真软件进行系统仿真建模，通过仿真研究验证所提出的基于模型预测控制的三电平有源滤波器系统具有良好的谐波补偿效果；搭建以DSPF28335为核心的三电平APF系统实验平台，实现系统与上位机之间的通信，实现上位机对三电平APF系统运行参数的显示，实现利用上位机对系统进行实时的控制，最终实现基于模型预测控制的三电平有源电力滤波器系统对谐波的补偿。

技术领域

本发明属于有源滤波技术领域，具体涉及一种基于模型预测控制的三电平有源滤波器。

背景技术

随着科技的快速发展，越来越多的电力电子器件被大量地应用在特高压交直流输电、新能源、分布式电源等用电设备中，使得电网本身与负荷结构都发生了巨大变化，引起了电网供电侧电压、电流非线性畸变，造成了电力系统谐波污染。谐波会增加设备的损耗使设备过热，降低设备的效率和利用率，还会影响继电保护装置的可靠性。因此，谐波抑制已经变成了越来越重要的问题。对于谐波的治理，基本思路有两条：一条是对电力电子装置本身进行改造，使其不产生谐波，且功率因数可控制为1，这当然只适用于作为主要谐波源的电力电子装置；另一条是装设谐波补偿装置来补偿谐波，补偿装置对各种谐波源都可以进行补偿。有源电力滤波器（Active Power Filter, APF）作为一种可以对谐波进行补偿，改善电能质量的新型电力电子装置，凭借成熟的拓扑结构和灵活的控制策略的优势得到了广泛的关注。

目前，常用的两电平APF存在诸多问题，例如：输出电平数目少、补偿效率低、开关损耗高等。相较于两电平APF而言，三电平APF不但可以弥补其存在的问题，大大提高系统的容量，而且补偿效果更好，系统可靠性更高。由此可见，在利用三电平APF进行治理谐波时，如何对三电平APF实现高效稳定的控制具有非常重要的现实意义。

发明内容

为解决现有在利用三电平APF进行治理谐波时，如何对三电平APF实现高效稳定的控制的问题；本发明的目的在于提供一种基于模型预测控制的三电平有源滤波器。

本发明的一种基于模型预测控制的三电平有源滤波器，包括如下步骤：

（一）、三电平有源滤波器主电路拓扑结构：

二极管箝位型结构，其每相由四个功率开关器件组成，同时每相还连接着两个钳位二极管；

（二）、三电平有源滤波器系统方案设计：

通过对负载电流进行分析，运用谐波检测算法将有功与无功和谐波成分分离；同时实时检测APF输出电流信号，将无功和谐波分量与APF输出电流信号送入电流跟踪控制单元，通过系统主控单元生成12路PWM信号，使用驱动电路控制主电路各功率开关管，生成与负载侧谐波及无功电流相反的补偿电流，从而实现三电平变换器输出电流的无功与谐波补偿，最终获得与电网电压同频同相的期望电流波形；

（三）、三电平有源滤波器谐波和无功的检测：

i_p-i_q法检测方法是将三相电流信号减去基波电流，即可得到三相谐波电流分量，进而完成对谐波电流的检测工作；

（四）、模型预测控制策略：

模型预测控制主要由预测模型、滚动优化以及反馈校正三部分构成，将模型预测应用于APF系统时，首先根据电网电压、补偿电流采样值计算参考电流预测值，然后对27个开关状态滚动寻优，每次滚动需要计算补偿电流预测值、直流侧电压偏差预测值 和开关转换次数F_SW，计算价值函数G并进行比较，最后选择使得价值函数最小的开关状态输出。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：