光伏并网逆变器PR控制方法研究

光伏并网逆变器 PR 控制方法研究摘要：传统 PI 瞬时值控制具有结构简单、控制参数易于整定，应用广泛等优点， 但在静止坐标系下存在着稳态误差， 造成并网电流的谐波增大、 鲁棒性小等不足。本文从传统 PI 控制原理出发，提出了一种比例谐振控制方法并进行了深入的研究。通过 MATLAB 仿真验证，结果表明该方法能有效改善电流波形，在静止坐标系下实现零稳态误差控制，提高系统的鲁棒性及并网运行效率。关键字：光伏系统 并网逆变器 PI 控制 PR 控制 稳态误差0 引 言加速开发利用以太阳能等可再生能源， 是解决当前能源问题的有效途径。 光伏并网逆变器的控制目标是： 提高逆变器输出电流的稳态和动态性能。 要达到这些目标， 一方面要合理设计主电路， 另一方面要合理设计控制系统。 控制系统是并网逆变器功能实现的核心，与上述性能指标息息相关。目前，光伏并网逆变器的控制方法有很多，如滞环比较控制、 PI 控制、无差拍控制、 重复控制和模糊控制等。 本文从常规的 PI 瞬时值比较控制方法出发，提出了一种比例谐振控制器， 并进行了深入的研究。 结果表明该方法能在静止坐标系下跟踪参考电流实现零稳态误差控制，有效改善并网电流波形。1 传统 PI 瞬时值控制原理可见， 这是一个有限值， 系统存在零稳态误差。 当光伏并网逆变器接入电网，相位误差会降低功率因数和抗干扰能力， 一般需要电网前馈补偿。 但电网前馈补偿却存在局限性：⑴前馈控制的目标是抵消电网电压， 这依赖于交流电压幅值和相位的准确检测和反馈检测，以及交流电压和并网逆变器输入直流电压的检测精度。⑵前馈控制仅仅能减小电网电压引起的稳态误差，不能改变电流反馈 PI 控制所存在的开环增益受限问题。 因而， 对于系统本身跟踪给定量的稳态误差和逆变器开关死区时间引起的电流谐波等问题没有作用。在基波角频率 ω0 之前 PI 控制器的幅值增益很高， 并且随着角频率的的增加，幅值增益逐渐减小。当角频率增加到基波角频率及以上时，幅值增益保持不变。可见，在整个频率范围内幅值增益都是某个有限值，将系统存在稳态误差。2 比例谐振控制原理为了实现零稳态误差一般利用 abc-dq 坐标变换，在同步旋转坐标系下，将正弦参考信号变成直流信号，使 PI 控制做到零稳态误差控制。这种情况下， PI控制器虽然满足了无静差控制，但是增加了繁琐的 abc-dq坐标变换的算法过程，使得控制器的设计复杂化。为此，本文提出了 PR 控制器。 PR 控制器可以在静止坐标系下跟踪参考电流实现零稳态误差控制，简化了控制器的设计。PR 控制器由比例调节器和谐振调节器组成，其传递函数如下：由公式（ 4）可以看出，这个值是无穷大。因此， PR 控制器可以实现系统的零稳态误差，同时具有抗电网电压干扰的能力。从 PR 控制系统原理框图中可以看出：将检测得到的三相交流电流转化到两相静止坐标系下，与给定信号的偏差作为 PR 控制器的输入， PR 控制器的输出为电压控制指令， 该指令电压转换成三相交流指令电压后， 被送入 PWM 调制单元生成 PWM 信号送到并网逆变器， 从而控制功率器件的开断， 产生实际所需的交流电压，并使并网电流跟随参考值变化。 PR 控制器的优点如下：