APF复合控制策略：PI与重复控制在谐波抑制中的应用

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。本项目针对APF的核心控制环节，提出了一种结合比例积分(PI)与重复控制的复合控制策略，并在Simulink环境下完成系统建模与仿真验证。

这种混合控制方案的精妙之处在于：PI控制器负责基波电流的快速跟踪，而重复控制器则专门针对周期性谐波进行补偿。两者协同工作既保证了系统的动态响应速度，又实现了对特定次谐波的高精度抑制。根据IEEE 519-2014标准，公共连接点的总谐波畸变率(THD)需控制在5%以内，而我们的实测数据显示，该方案可将THD降至3%以下。

2. 系统架构设计解析

2.1 主电路拓扑选择

采用典型的三相三线制电压型APF结构，包含：

• 直流侧：600V电解电容作为储能元件
• 逆变桥：1200V/100A IGBT模块组成的三相全桥
• 输出端：LCL滤波器（电感2mH+电容50μF+电感0.5mH）

关键设计考量：LCL结构比单一电感滤波具有更好的高频衰减特性，但需注意谐振峰抑制。我们通过在电容支路串联3Ω阻尼电阻，将谐振峰控制在-10dB以下。

2.2 控制系统的分层架构

1. 指令生成层：

   • 采用ip-iq法进行谐波检测
   • 使用二阶广义积分器(SOGI)实现锁相环功能
   • 采样频率设为10kHz（对应50Hz工频的200倍）

2. 复合控制层：

   matlab复制// PI控制器参数
   Kp = 0.5;  // 比例系数
   Ki = 100;  // 积分系数
   
   // 重复控制器参数
   N = 200;   // 延迟拍数（对应1个工频周期）
   Q = 0.95;  // 补偿系数
   Kr = 5;    // 增益系数
   

3. PWM调制层：

   • 空间矢量PWM(SVPWM)调制
   • 开关频率10kHz
   • 死区时间设置为2μs

3. 核心算法实现细节

3.1 改进型重复控制设计

传统重复控制器存