本發(fā)明涉及有源濾波器控制，具體為一種集成式有源濾波器控制算法。

背景技術：

1、在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，非線性負荷如整流器和變頻器的廣泛使用導致了諧波的頻繁產(chǎn)生；這些諧波會對電網(wǎng)的穩(wěn)定性和電能質(zhì)量構成嚴重威脅，由此可能會引起設備過熱、壽命減少的問題，甚至還可能會導致設備誤動作和系統(tǒng)失穩(wěn)等后果；因此，控制和減少諧波的存在是提升電能質(zhì)量和確保電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關鍵。在諧波抑制方面，有源濾波器(active?power?filter，apf)發(fā)揮著至關重要的作用，其在抑制諧波和調(diào)節(jié)電網(wǎng)動態(tài)響應上表現(xiàn)出色，能夠有效改善電網(wǎng)電力質(zhì)量。有源濾波器控制技術直接影響著有源濾波器的性能，目前得到廣泛應用的有源濾波器控制技術主要包括pi控制、pr控制、重復前饋控制、滯環(huán)電流控制和三角波比較控制。但是，現(xiàn)有的這些控制方法均存在著局限性，具體地：

2、pi比例積分控制策略雖廣泛應用于有源濾波器中，但其在抑制諧波方面的效果并不理想,特別是在應對高次諧波時效果更是有限；所以，目前市場中多采用的是結合pi控制與其他控制技術的混合控制策略，以此能夠在一定程度上彌補單獨依靠pi控制的有源濾波器的性能缺陷。然而，大部分的混合控制策略都較為簡單，所采用的與pi控制相結合的其他控制技術本身也存在局限性，這就使得總體效果仍舊不夠理想。例如公開號為cn110912132a的中國專利提供了一種單相級聯(lián)型有源電力濾波器諧波補償控制方法，并具體提出了電壓外環(huán)采用pi控制器控制直流側電壓恒定、電流內(nèi)環(huán)基波分量采用pr控制器控制的混合控制策略，但是pi控制器并無法與pr控制器形成完全的優(yōu)缺點互補效果，會使得pr控制器的局限性仍舊影響著有源濾波器的應用效果。

3、pr諧振控制策略能夠有效抑制諧波，但其只能選擇性地補償諧波；當需要補償較多的諧波信號時，相應的控制算法會比較復雜，進而會造成整個控制器結構復雜，從而導致實際應用成本高、不易進行數(shù)字化。重復前饋控制策略在抑制諧波的靜態(tài)性能方面表現(xiàn)出色；但是，由于其前向通道上存在延遲環(huán)節(jié)，所以當諧波發(fā)生突變時，其動態(tài)響應速度較慢，通常需要一個基波周期才能作出反應。滯環(huán)電流控制策略是一種基于電流瞬時值比較的閉環(huán)控制方式，雖然具備響應速度快且抗干擾能力強的優(yōu)點，但控制精度受環(huán)寬的影響較大，所以需要仔細選擇環(huán)寬以達到理想的控制效果；并且該方法的開關頻率變化大，容易引起開關噪聲和脈沖電流。三角波比較控制策略與滯環(huán)電流控制策略的控制原理相似，也為閉環(huán)控制系統(tǒng)，優(yōu)勢在于快速的動態(tài)響應；但由于三角調(diào)制波的頻率固定，會使得功率器件持續(xù)在高頻狀態(tài)下工作，這增加了器件損耗并導致輸出中含有同頻率的諧波量，并且實現(xiàn)該控制方法的硬件電路相對復雜。

4、綜上所述，面對日益增長的電網(wǎng)條件和負載快速變化的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的有源濾波器控制算法往往難以提供足夠理想的諧波抑制效果和適應性，也難以實現(xiàn)足夠快的響應速度，進而會影響有源濾波器的性能，從而不利于提升電能質(zhì)量和確保電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行；因此，提出一種新型的有源濾波器控制算法是非常有必要的。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種集成式有源濾波器控制算法，以解決上述背景技術中所提到的，現(xiàn)有的常用有源濾波器控制算法均存在著局限性，所以難以保證有源濾波器的高性能，從而難以確保電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的問題。

2、本發(fā)明是采用以下技術方案實現(xiàn)的：

3、一種集成式有源濾波器控制算法，應用由pi控制器、pr控制器、重復前饋控制器和基于神經(jīng)網(wǎng)絡的自適應控制模塊所集成的控制系統(tǒng)，具體包括如下步驟：

4、步驟s1：生成誤差信號；

5、步驟s2：pi控制器響應；

6、步驟s3：pr控制器濾波；

7、步驟s4：重復前饋控制器進行周期性補償；

8、步驟s5：基于神經(jīng)網(wǎng)絡的自適應控制模塊進行實時優(yōu)化；

9、步驟s6：系統(tǒng)綜合輸出。

10、本發(fā)明中，通過將各控制器模塊(即包括pi控制器、pr控制器和重復前饋控制器)以及基于神經(jīng)網(wǎng)絡的自適應控制模塊進行融合，形成了一個協(xié)同工作的創(chuàng)新復合控制系統(tǒng)?；谠摽刂葡到y(tǒng)的集成式有源濾波器控制算法，將pi控制技術、pr控制技術、重復前饋控制技術和自適應控制技術進行了結合，具體地：由pi控制器負責快速響應負載變化，以維持電流基本穩(wěn)定；由pr控制器抑制系統(tǒng)中的特定諧波，以保證系統(tǒng)在面對復雜負載時的高效運行；由重復前饋控制器利用歷史誤差數(shù)據(jù)預測并補償周期性擾動，以減少系統(tǒng)響應時間并提高控制精度；由自適應控制模塊利用神經(jīng)網(wǎng)絡分析性能數(shù)據(jù)，而后根據(jù)實時反饋和外部條件自動調(diào)整上述幾個控制器的參數(shù)，以優(yōu)化整個系統(tǒng)的響應速度和調(diào)節(jié)精度。此種集成策略優(yōu)化了各控制器之間的協(xié)同工作，實現(xiàn)了對電網(wǎng)諧波的高效抑制和對復雜電網(wǎng)變化的快速響應。

11、進一步地，所述步驟s1包括如下子步驟：

12、步驟s1-1：設定參考信號r(t)；

13、步驟s1-2：測量實際輸出y(t)；

14、步驟s1-3：通過計算參考信號r(t)與實際輸出y(t)之間的差值，得到誤差信號e(t)。

15、進一步地，所述步驟s2包括如下子步驟：

16、步驟s2-1：在電網(wǎng)中部署的電流傳感器和電壓傳感器將獲取到的電流信號和電壓信號送入pi控制器，所送入的電流信號和電壓信號被作為實際輸出；

17、步驟s2-2：pi控制器依據(jù)設定的目標輸出，計算實際輸出與目標輸出之間的誤差；

18、步驟s2-3：pi控制器進行算法處理，比例環(huán)節(jié)kp·e(t)即時響應當前誤差，積分環(huán)節(jié)消除長期累計的誤差，由此生成調(diào)整信號ipi(t)。

19、進一步地，所述步驟s3包括如下子步驟：

20、步驟s3-1：pr控制器識別出電網(wǎng)中需要抑制的特定諧波頻率；

21、步驟s3-2：pr控制器利用帶通濾波器，隔離出特定諧波頻率的誤差信號；

22、步驟s3-3：pr控制器在特定諧波頻率上設置諧振點并提供高增益輸出，輸出控制信號ipr(t)。

23、進一步地，所述步驟s4包括如下子步驟：

24、步驟s4-1：重復前饋控制器通過預先建立的歷史誤差數(shù)據(jù)庫，記錄控制系統(tǒng)在已運行周期內(nèi)的歷史誤差數(shù)據(jù)；

25、步驟s4-2：重復前饋控制器基于歷史誤差數(shù)據(jù)構建時間序列預測模型，用于預測下一個周期內(nèi)發(fā)生的誤差；

26、步驟s4-3：重復前饋控制器根據(jù)預測結果生成補償信號，通過補償信號提前調(diào)整重復前饋控制器的輸出信號irf(t)以抵消預測到的誤差。

27、進一步地，所述步驟s5包括如下子步驟：

28、步驟s5-1：通過預先構建并訓練出的神經(jīng)網(wǎng)絡，分析控制系統(tǒng)的性能數(shù)據(jù)和電網(wǎng)狀態(tài)；

29、步驟s5-2：基于神經(jīng)網(wǎng)絡的分析結果，自適應控制模塊自動調(diào)整pi控制器和pr控制器的參數(shù)，并生成控制信號iad(t)。

30、進一步地，所述步驟s6中，引入動態(tài)權重調(diào)整機制來生成綜合控制信號i(t)，綜合控制信號i(t)通過以下公式合成：

31、i(t)＝w1·ipi(t)+w2·ipr(t)+w3·irf(t)+w4·iad(t)，

32、式中，w1、w2、w3和w4均為權重系數(shù)；動態(tài)權重調(diào)整機制在綜合控制信號i(t)的合成過程中實時動態(tài)調(diào)整各個權重系數(shù)。

33、進一步地，步驟s3中，隨著電網(wǎng)條件的變動，pr控制器動態(tài)調(diào)整其響應特性；步驟s4中，重復前饋控制器周期性地更新歷史誤差數(shù)據(jù)庫。

34、進一步地，所述步驟s5中，自適應控制模塊還監(jiān)控控制系統(tǒng)的整體表現(xiàn)，并根據(jù)監(jiān)控結果對神經(jīng)網(wǎng)絡進行再訓練和調(diào)整。

35、本發(fā)明實現(xiàn)的有益效果是：

36、提供一種集成式有源濾波器控制算法，基于由pi控制器、pr控制器、重復前饋控制器和基于神經(jīng)網(wǎng)絡的自適應控制模塊結合而成的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了對pi控制技術、pr控制技術、重復前饋控制技術和自適應控制技術的結合。與存在著較大局限性的現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明所提供的算法為創(chuàng)新集成策略，優(yōu)化了各控制器之間的協(xié)同工作，實現(xiàn)了對電網(wǎng)諧波的高效抑制和對復雜電網(wǎng)變化的快速響應；基于此，能夠有效提升有源濾波器的諧波抑制效果、適應性和響應速度，從而可以顯著改善電網(wǎng)的電力質(zhì)量，有利于確保電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行。