新型并網(wǎng)逆變器控制策略比較和數(shù)字實(shí)現(xiàn)

　　介紹兩種新型 PR（P+Resonant）控制策略，實(shí)現(xiàn)了并網(wǎng)逆變器輸出電流的零穩(wěn)態(tài)誤差。通過(guò)理論分析對(duì)采用更實(shí)用的低通式和帶通式準(zhǔn) PR 控制器性能進(jìn)行了比較研究，并將數(shù)字信號(hào)處理中 IIR 數(shù)字濾波器的理論應(yīng)用到控制器的離散化中，實(shí)現(xiàn)了控制器性能的優(yōu)化。仿真分析證明帶通式準(zhǔn) PR 控制策略具有更好的動(dòng)態(tài)性能和抗電網(wǎng)電壓干擾能力。1kW 實(shí)驗(yàn)樣機(jī)上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了理論和仿真分析的正確性。

　　近年來(lái)，風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)成為研究熱點(diǎn)。并網(wǎng)逆變器作為可再生能源發(fā)電系統(tǒng)和電網(wǎng)的接口設(shè)備，起著重要的作用。其控制目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)正弦電流輸出和相位控制，使逆變器工作在單位功率因數(shù)并網(wǎng)模式或無(wú)功補(bǔ)償模式。常見(jiàn)的電流控制方法有 PI 控制等。PI 控制易于實(shí)現(xiàn)、可靠性高，但其對(duì)正弦參考量卻難以消除穩(wěn)態(tài)誤差［3］。為了解決該問(wèn)題，本文采用 PR 控制實(shí)現(xiàn)了正弦電流控制的零穩(wěn)態(tài)誤差。首先分析了并網(wǎng)逆變器的基本原理，然后對(duì)兩種 PR 控制器的性能進(jìn)行了理論分析和比較，在此基礎(chǔ)上采用更實(shí)用的準(zhǔn) PR 控制器，并借鑒數(shù)字信號(hào)處理中 IIR 數(shù)字濾波器理論，采用 delta 算子對(duì)控制器的性能進(jìn)行了優(yōu)化，最后，仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了理論分析的正確性。

　　并網(wǎng)逆變器基本原理

　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　并網(wǎng)逆變器原理圖如圖 1 所示，系統(tǒng)直流側(cè)電壓由再生能源發(fā)電設(shè)備提供。本文采用 400V 直流穩(wěn)壓電源模擬再生能源設(shè)備。逆變橋輸出經(jīng)過(guò)電感 L 和并網(wǎng)開(kāi)關(guān) S 連接到電網(wǎng)上。逆變器正常工作在單位功率因數(shù)并網(wǎng)模式，并網(wǎng)輸出電流是與電網(wǎng)電壓同頻同相的正弦波。

　　系統(tǒng)模型

　　系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。由于開(kāi)關(guān)頻率（20kHz）遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電網(wǎng)頻率，因此，為了便于分析忽略開(kāi)關(guān)動(dòng)作對(duì)系統(tǒng)的影響，將 PWM 逆變單元近似為一增益環(huán)節(jié) K。圖 2 中，G（s）為系統(tǒng)控制器傳遞函數(shù)，R 為電感 L 的串聯(lián)等效電阻，Ugrid 為電網(wǎng)電壓，Iref 是與電網(wǎng)電壓同頻同相的并網(wǎng)電流參考信號(hào)。