一种新型直流微电网DC-APF控制策略高晓芝乔宇孙会琴孙鹤旭王磊田晋摘要：针对直流母线电压存在的纹波分量会对整个直流微电网供电电能质量以及设备运行安全性造成影响的情况，提出了一种新型直流有源滤波器（DCactivepowerfilter，DC-APF）控制策略，抑制直流母线电压纹波。在分析DC-APF的多种模态工作基础上，对纹波检测和抑制方案进行了设计优化;提出了基于小波变换Mallat算法的直流母线电压纹波检测法;在传统PI与模糊PI控制的基础上，提出了改进的模糊自适应PI控制，实现对补偿电流的跟踪控制方法;在MATLAB/Simulink仿真环境中搭建了含DC-APF的直流微电网系统模型。仿真结果表明，与传统的DC-APF控制策略相比，新型DC-APF控制方法可以实现对直流母线电压纹波的快速检测，具有良好的纹波补偿抑制效果。所提策略可提升DC-APF对纹波的检测性能和抑制效果，为直流微电网纹波检测与抑制提供新的思路。关键词：电力系统及其自动化;直流微电网;直流母线电压纹波;直流有源滤波器;小波变换Mallat算法;改进的模糊自适应PI控制：TM72：A：1008-1542（2020）04-0303-12doi：10.7535/hbkd.2020yx04003与交流微电网相比，直流微电网中不存在无功功率的波动，也没有频率和相位同步的问题[1]，因此直流母线电压成为衡量直流母线稳定的标准。直流微电网中直流母线电压纹波产生的主要原因如下：1）直流微电网通过双向DC-AC变流器连接到交流大电网，当交流电网中存在电网电压不对称的情况，以及存在谐波时，都会导致直流母线电压产生纹波分量;2）当交流负载通过AC-DC变换器接入直流微电网，通过母线的电流不完全是直流，因为交流负载吸收的功率存在2倍于输出电压基波频率的脉动，这就会导致逆变器的输入电流存在二次纹波电流[2]。纹波的存在会使电压和电流波形发生畸变，影响微网中分布式电源和用电设备的工作效率，并对系统的安全运行造成严重危害。此外，纹波的存在也会使供电网络受到污染，严重影响微电网的电能质量。解决该问题的主要方法是加装滤波装置[3-4]，通常采用无源滤波器和有源滤波器来抑制纹波。文献[5—6]分析了有源滤波器的优点以及研究现状，与无源滤波器相比，有源滤波器具有良好的动态性能。现阶段对直流母线电压纹波分量的检测方法，主要通过低通滤波器提取出直流母线电压的纹波分量。但低通滤波器在选择截止频率时，难以同时兼顾检测精度和响应速度两项指标[7-8]。文献[9—10]中采用低通滤波器来提取纹波分量，但未对低通滤波器在准确性和响应速度方面存在矛盾的问题进行深入研究分析。文献[11]总结了几种常见的直流有源滤波器的拓扑结构，并对其工作模态进行了简要分析，但没有分析和研究DC-APF拓扑结构的可靠性以及拓扑结构所适用的控制算法。文献[12]中DC-APF采用双向全桥DC-DC变换器作为其主电路结构，其特点是可以稳定DC-APF直流侧电容电压，还可以将直流输出的纹波能量回馈到电网中，可有效降低系统的能量损耗，但主电路结构较为复杂。文献[13]对H桥级联型交流有源滤波器直流侧电容电压的稳定问题进行了研究，提出了直流侧电压三级平衡控制方法，从总体、相间、相内三级来解决其直流侧电压的不平衡问题，实现了直流侧电容电压的均衡稳定，可为直流有源滤波器的直流侧电容电压的均衡控制提供参考。目前DC-APF对补偿电流的跟踪控制主要以PI控制方法为主，很多学者在此基础之上进行了改进。文献[14—15]采用传统的PI控制实现对补偿电流跟踪控制，其中，文献[15]采用阻抗分析法，通過建立小信号模型求解系统的闭环输出阻抗，确定PI控制器的参数，但该方法复杂，对于难以求解数学模型的复杂系统来说，缺乏实用性。文献[16]中在传统PI控制的基础上，引入重复控制的思想，虽能有效抑制稳态误差，但重复控制的动态响应速度比较慢，不能及时对纹波进行补偿。文献[17]提出了基于系统辨识的重复控制方法来实现DC-APF对补偿电流的跟踪控制，结合系统辨识和重复控制的优点，可有效提高系统的控制性能，但其适用环境为高压直流输电系统，是否适用于直流微电网环境，还有待进一步研究。文献[18]中在传统PI控制的基础上，引入无差拍控制和重复控制，提高了系统阻尼，增加了稳态精度，其缺...