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;