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：

　　（

1） 省去了电流及电压指令的坐标旋转变换；

　　（

2） 省去了耦合项和前馈补偿项；