CN108712095A - 基于改进的比例准谐振控制的并网逆变器控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于改进的比例准谐振控制的并网逆变器控制方法，包括：将指令信号与逆变器实际输出电流的差值作为基频准谐振控制器的输入信号，将控制器输出信号作为比例控制器和高频准谐振控制器的输入信号，将高次准谐振控制器和比例控制器的输出信号相加后与基频准谐振控制器的输出信号相减，得到总输出信号用于控制变流器的驱动信号的调制波。本发明将实际输出信号直接作为比例环节的输入，提高了控制器的动态响应速度；增加了高频准谐振环节以抑制指令信号中的高次谐波干扰，提高了对基波信号的提取能力，具有良好的抗干扰能力，有利于各种以交流量为指令信号的并网逆变器闭环控制的优化设计，具有很好的可行性和实用价值。

Description

基于改进的比例准谐振控制的并网逆变器控制方法
技术领域
本发明涉及电力电子技术在电力系统中的应用技术领域，尤其涉及基于改进的比例准谐振控制的并网逆变器控制方法。
背景技术
随着分布式能源发展规模的不断壮大，并网逆变器的在电力系统中的应用日趋广泛，高性能、高效率的并网逆变器逐渐成为国内外学者的研究热点。目前工程上采用的并网逆变器的电流控制方法主要有比例积分控制、重复控制、比例谐振控制等。比例积分控制工程应用是最为广泛的一种控制方法，其参数设计简单、对直流量可以实现零静差跟踪，但对于正弦信号只能实现有差控制；重复控制通过建立内部模型获得抑制扰动的指令信号，但动态响应性较差，跟踪精度不高。比例谐振控制在两相静止坐标系下对预先设定的一定频率的交流信号进行积分放大，实现了对交流量的零稳态误差跟踪，但对频率变换非常敏感，并且对指令信号中的非谐振点信号抑制能力不足，导致输出信号中带有大量扰动信号。
因此，亟需一种具有更好的无静差跟踪控制能力和控制效果，且在工程上易于实现的控制方法。
发明内容
发明目的：针对现有控制技术中存在的不足之处，本发明提出一种基于改进的比例准谐振控制的并网逆变器控制方法，该方法具有更好的无静差跟踪控制能力，良好的动态控制效果和抗干扰能力，对并网逆变器的电流控制器设计优化具有指导意义。
技术方案：基于改进的比例准谐振控制的并网逆变器控制方法，包括以下步骤：
(1)将指令信号iref与实际入网电流信号i的差值作为基频准谐振控制器的输入信号，其中s为复频域算子，ω0为50Hz基频信号角频率，ωc为决定控制器带宽的截止频率，Kr为谐振系数；
(2)将实际入网电流信号i作为比例控制器GP(s)＝Kp和高频准谐振控制器的输入信号，其中Kp为比例系数，s为复频域算子，ω0为50Hz基频信号角频率，ωc为决定控制器带宽的截止频率，Kr为谐振系数，n为所需过滤的3-50之间的整数倍谐波次数；
(3)将高频准谐振控制器和比例控制器的输出信号相加后与基频准谐振控制器的输出信号相减，得到总输出信号作为生成逆变器驱动信号的调制波。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)与纯谐振控制相比，准谐振控制在传递函数中增加了一对极点，在保证谐振点处控制器有足够的幅值增益的基础上改善了谐振点附近的截止频率，增大了增益区的带宽，使得控制器对电网频率偏移的适应能力得到增强；
(2)与传统准比例谐振控制相比，不再将指令信号和实际输出信号的差值作为比例环节的输入，而改为将实际输出信号直接作为比例环节的输入，提高了控制器的动态响应速度；
(3)增加了多路高次谐波准谐振控制，对于指令信号中存在的谐波含量可以有效进行过滤，实现基波指令信号的准确跟踪。
附图说明
图1为本发明的基于改进的比例准谐振控制环节控制框图；
图2为本发明的基于改进的比例准谐振控制的并网逆变控制系统结构图；
图3为本发明的基于改进的比例准谐振控制的并网逆变控制系统开环频率特性图；
图4为本发明的基于改进的比例准谐振控制的并网逆变控制系统闭环频率特性图；
图5为本发明的基于改进的比例准谐振控制的并网逆变器对含有谐波成分的50Hz基波指令信号的跟踪效果图；
图6为本发明的基于改进的比例准谐振控制的并网逆变器对频率偏差为+0.5Hz的50.5Hz基波指令信号的跟踪效果图。
具体实施方式
图1为本发明的基于改进的比例准谐振控制环节控制框图，控制方法包括以下步骤：步骤1，将指令信号iref与控制器实际输出信号i的差值作为基频准谐振控制器的输入信号，基频准谐振控制器的传递函数为：其中：s为复频域算子，ω0为50Hz基频信号角频率，ωc为决定控制器带宽的截止频率，Kr为谐振系数。
步骤2，将控制器输出信号i作为比例控制器和高次准谐振控制器的输入信号，比例控制器的传递函数为：GP(s)＝Kp，其中：Kp为比例系数；高频准谐振控制器的传递函数为：其中：s为复频域算子，ω0为50Hz基频信号角频率，ωc为决定控制器带宽的截止频率，Kr为谐振系数，n为所需过滤的3-50之间的整数倍谐波次数。
步骤3，将高频准谐振控制器和比例控制器的输出信号相加后与基频准谐振控制器的输出信号做差，得到总输出信号用于控制变流器的驱动信号的调制波。
图2为本发明的基于改进的比例准谐振控制的并网逆变控制系统结构图，图中udc为全控型全桥逆变器直流侧电压，直流电流经过全控型全桥逆变器转变为交流电再经过两级滤波电感L1和L2送入电网，入网电流为i2。滤波电容C的作用是过滤交流电中的高次谐波分量。控制回路采用电网电压ug作为前馈的改进型比例准谐振控制环节。PWM调制为采用三角载波的正弦脉宽调制方式，产生四路驱动脉冲信号控制全控型全桥逆变器两个桥臂的四只开关管的通断。
采用以下参数对系统进行仿真分析：
逆变器侧滤波电感为1mH，滤波电容为15μF，网侧电感为0.1mH，改进的比例准谐振控制器参数：ω0＝100πrad/sec，ωc＝πrad/sec，Kr＝4；
比例控制器参数：Kp＝0.1；
高次准谐振控制器参数：ω0＝100πrad/sec，ωc＝πrad/sec，Kr＝4，n＝31。
PWM调制载波频率：f＝10kHz。
图3为本发明的基于改进的比例准谐振控制的并网逆变控制系统开环频率特性图，可以看出本发明的比例准谐振控制方法在开环时对50Hz±0.5Hz范围的信号具有较大的幅值增益，具有良好的动态响应特性。
图4为本发明的基于改进的比例准谐振控制的并网逆变控制系统闭环频率特性图，可以看出本发明所涉的比例准谐振控制方法在闭环时对50Hz±0.5Hz范围的信号的幅值增益为0dB，相角增益为0°，可以实现对基波信号的零误差跟踪；对于高次谐波的幅值增益为-50dB，可以有效抑制指令信号中的谐波干扰。
图5为本发明的基于改进的比例准谐振控制的并网逆变器对含有谐波成分的50Hz基波指令信号的跟踪效果图，其中谐波成分为3次谐波50A，5次谐波3A，50次谐波10A。可以看出控制器输出稳定后，入网电流已达到对指令信号的实时跟踪，相位误差为-3.4°，幅值误差为5.81％。
图6为本发明的基于改进的比例准谐振控制的并网逆变器对频率偏差为+0.5Hz的50.5Hz基波指令信号的跟踪效果图，可以看出即使频率偏差达到+0.5Hz，采用本发明的基于改进的比例准谐振控制的并网逆变器仍能保证入网电流的同频同相有效输出。

Claims (1)

1.一种基于改进的比例准谐振控制的并网逆变器控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将指令信号iref与实际入网电流信号i的差值作为基频准谐振控制器的输入信号，其中s为复频域算子，ω0为50Hz基频信号角频率，ωc为决定控制器带宽的截止频率，Kr为谐振系数；
(2)将实际入网电流信号i作为比例控制器GP(s)＝Kp和高频准谐振控制器的输入信号，其中Kp为比例系数，s为复频域算子，ω0为50Hz基频信号角频率，ωc为决定控制器带宽的截止频率，Kr为谐振系数，n为所需过滤的3-50之间的整数倍谐波次数；
(3)将高频准谐振控制器和比例控制器的输出信号相加后与基频准谐振控制器的输出信号相减，得到总输出信号作为生成逆变器驱动信号的调制波。
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