APF谐波抑制：PI+重复控制复合策略解析

1. 项目背景与核心价值

在工业电力系统中，非线性负载（如变频器、整流设备等）的广泛应用导致电网谐波污染日益严重。传统无源滤波器存在阻抗匹配困难、易与系统发生谐振等问题，而有源电力滤波器（APF）凭借其动态响应快、滤波精度高的特点，成为解决谐波问题的有效方案。

本项目提出的"PI+重复控制"复合控制策略，是针对APF在周期性谐波补偿中的特殊需求而设计的创新方案。PI控制器保证系统动态响应速度，重复控制器则针对周期性信号实现零稳态误差跟踪。通过Simulink建模仿真，我们能够直观验证该策略在6脉波整流器负载等典型场景下的谐波抑制效果。

2. 控制系统架构设计

2.1 整体控制框图

系统采用双闭环控制结构：

• 外环（直流侧电压控制）：维持电容电压稳定，采用常规PI控制器
• 内环（电流跟踪控制）：采用PI+重复控制的并联结构，实现指令电流的高精度跟踪

code复制[电网] → [非线性负载] → [谐波检测] → [PI+重复控制器] → [PWM调制] → [APF主电路]

2.2 重复控制器原理实现

重复控制基于内模原理，其核心传递函数为：

code复制G_rc(z) = (z^(-N)*Q(z))/(1 - z^(-N)*Q(z))

其中：

• N = 基波周期对应的采样点数（如50Hz系统，10kHz采样时N=200）
• Q(z)通常取0.95z的低通滤波器，用于保证系统稳定性

关键参数选择：重复控制器的增益kr一般取0.5-1.0之间，需通过伯德图分析确定相位裕度

3. Simulink建模关键步骤

3.1 主电路建模

1. 三相电压源参数设置：

   • 线电压380V，频率50Hz
   • 源阻抗Rs=0.1Ω，Ls=1mH

2. 非线性负载采用6脉波整流桥：

   • 直流侧负载R=10Ω，L=50mH
   • 触发角α=30°

3. APF主电路参数：

   • 直流侧电容C=2200μF
   • 参考电压Vdc_ref=700V
   • 滤波电感Lf=3mH

3.2 控制模块实现

1. 谐波检测采用ip-iq法：

matlab复制function [i_ref] = harmonic_detection(ia, ib, ic, theta)