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🔥 内容介绍
一、引言
在现代电力系统中，非线性负载的广泛应用导致谐波污染日益严重。谐波不仅会降低电能质量，还可能对电气设备造成损害，影响电力系统的稳定运行。有源滤波器（APF）作为一种有效的谐波治理手段，能够实时检测并补偿谐波电流。基于 PI + 重复控制的策略模型结合了 PI 控制的快速响应性和重复控制对周期性信号的无静差跟踪特性，为 APF 实现高精度谐波抑制提供了有力保障。
二、有源滤波器基本原理
（一）谐波产生与危害
非线性负载，如整流器、变频器等，在运行过程中会使电流波形发生畸变，产生谐波。谐波电流注入电网后，会导致电压波形畸变，增加线路损耗，引起电气设备发热、振动，甚至损坏设备，干扰通信系统等。
（二）有源滤波器工作原理
APF 通过实时检测负载电流中的谐波成分，然后产生与之大小相等、相位相反的补偿电流，注入电网，从而抵消谐波电流，使电网电流恢复正弦波。其核心部件包括检测电路、控制电路和功率变换电路。检测电路用于获取负载电流信息，控制电路根据检测结果计算出补偿电流指令，功率变换电路则将补偿电流注入电网。
三、PI 控制原理
（二）PI 控制在有源滤波器中的作用
在 APF 中，PI 控制主要用于对补偿电流进行快速跟踪。比例环节能够快速响应误差变化，使输出尽快接近目标值；积分环节则可以消除系统的稳态误差，提高补偿精度。然而，PI 控制对于周期性变化的谐波信号，在抑制稳态误差方面存在一定局限性。
四、重复控制原理
（一）重复控制基本结构
重复控制基于内模原理，其核心思想是在控制系统中引入一个与参考信号同频率的内模。重复控制器通常由周期延迟环节、低通滤波器和增益环节组成。对于周期为 T 的信号，重复控制器通过不断重复上一周期的控制作用，逐渐减小跟踪误差。
（二）重复控制在有源滤波器中的优势
重复控制对周期性信号具有良好的跟踪性能，能够实现对谐波的无静差跟踪。它可以有效地抑制 APF 输出补偿电流与参考电流之间的稳态误差，特别是对于周期性的谐波成分，即使存在参数变化和外界干扰，也能保持高精度的补偿效果。
五、基于 PI + 重复控制的有源滤波器谐波抑制策略模型构建
（一）模型结构设计
将 PI 控制器和重复控制器相结合，形成复合控制结构。在该模型中，PI 控制器负责对补偿电流进行快速跟踪，提供快速的动态响应；重复控制器则专注于消除周期性谐波的稳态误差。两者并行工作，共同对补偿电流指令进行计算和调整。
（二）控制算法实现步骤
谐波检测：采用基于瞬时无功功率理论的检测方法，将负载电流分解为基波有功分量、基波无功分量和谐波分量。通过检测电路获取负载电流的瞬时值，经过坐标变换和相关运算，分离出谐波电流分量作为补偿电流的参考信号。
PI 控制计算：将谐波检测得到的参考信号与 APF 实际输出的补偿电流进行比较，得到误差信号。PI 控制器根据误差信号，按照其控制规律计算出初步的补偿电流调整量。
重复控制计算：重复控制器对误差信号进行处理，通过周期延迟、低通滤波和增益调整等环节，计算出用于消除稳态误差的补偿电流调整量。
补偿电流合成：将 PI 控制器和重复控制器计算得到的补偿电流调整量相加，得到最终的补偿电流指令。该指令经过调制和驱动电路，控制功率变换电路输出相应的补偿电流，注入电网实现谐波抑制。
