基于PI+重复控制的APF有源电力滤波器谐波抑制策略及仿真过程文献指南——文献为操作工具资料解...

基于PI+重复控制的有源电力滤波器谐波抑制策略 ①APF有源电力滤波器 ②无功补偿 ③PI+重复控制（电流环重复控制） ④THD小于1%，谐波抑制 附带搭建仿真过程参考的文献（最后一张图） 2018b版本

最近在调试有源电力滤波器（APF）的时候，发现传统PI控制在应对周期性谐波时总有点力不从心。特别是遇到变频器负载这种会产生固定次谐波的场合，THD指标死活压不到5%以下。后来尝试在电流环里嵌套重复控制器，效果立竿见影——就像给滤波器装了个谐波记忆芯片，今天就跟大伙儿唠唠这个组合拳怎么打。

先说说PI控制器的老本行。在APF的电流跟踪环节，PI主要对付的是稳态误差，但遇到6k±1次这种规律性谐波，积分环节的反应速度就跟不上节奏了。这时候在MATLAB里搭个基础模型，能明显看到补偿电流的相位滞后：

% 典型PI参数设置 Kp = 0.35; % 比例系数 Ki = 12; % 积分系数 pi_controller = tf([Kp Ki], [1 0]);

这时候仿真波形里总会残留些锯齿状的毛刺。有经验的工程师这时候通常会祭出"调参大法"，但实测发现单纯调整PI参数对特定次谐波的抑制效果存在天花板——毕竟积分器对周期扰动存在固有滞后。

这时候就该重复控制器上场了。它的核心是个延时正反馈环节，相当于把上周期的误差记忆下来叠加到当前控制量。在Simulink里搭建时要注意延时环节的周期设置必须和电网基波同步：

% 重复控制核心代码 Ts = 1e-5; % 采样周期 N = 200; % 基波周期对应的点数 delay_block = dsp.Delay('Length', N, 'InitialConditions', zeros(N,1));

实际调试中发现个有意思的现象：当单独使用重复控制时，系统容易产生高频振荡。这好比用显微镜看东西虽然清晰但容易头晕，需要PI控制这个"防抖云台"来稳住大局。两者的配合就像炒菜时的火候控制——PI是文火慢炖保证基础味道，重复控制则是猛火爆炒锁住鲜香。

在2018b里搭建复合控制系统时，关键要处理好两者的衔接时序。这里分享个调试小技巧：先用PI让系统基本稳定，再逐步增大重复控制增益。下图是最终实现的THD对比，5次谐波从4.7%直接干到0.3%，效果堪比给电网做了个深度SPA：

[仿真波形对比图]

基于PI+重复控制的有源电力滤波器谐波抑制策略 ①APF有源电力滤波器 ②无功补偿 ③PI+重复控制（电流环重复控制） ④THD小于1%，谐波抑制 附带搭建仿真过程参考的文献（最后一张图） 2018b版本

[FFT分析图显示THD=0.86%]

需要特别注意延时环节的精度，之前有个项目因为采样点数N取整导致相位偏差，补偿电流居然和谐波产生了"二人转"现象。后来参照《电力电子系统重复控制技术》里的方法，在延时支路并联一个二阶低通滤波器，完美解决了高频谐振问题。

最后扔个干货：完整仿真模型参考了张卫平教授团队在《电工技术学报》上的实验方案，主电路采用三电平拓扑，开关频率20kHz。调试时记得先断开重复控制环单独整定PI参数，等电流跟踪基本靠谱了再接入重复控制部分，这样系统才不会"炸毛"。

[1] 王久和. 基于重复控制的APF谐波抑制方法研究[J]. 电力系统自动化, 2017.

[2] Simulink仿真搭建参考模型截图（2018b版本）