一种鲁棒脉宽调制的无差拍并网控制方法

杨苓 陈燕东 罗安 怀坤山 周乐明

摘 要：在并网逆变器的无差拍电流控制中，逆变器输出滤波电感值变化和滞后一拍延时会直接影响并网电流的畸变率、系统稳定性与动态响应速度.对此，本文提出了一种鲁棒脉宽调制的无差拍并网控制方法，减小了因滤波电感值变化对并网电流造成的畸变，有效地解决了滞后一拍控制引入的延时问题，降低了系统闭环传递函数的特征根方程阶次，提高了系统的稳定性及动态响应速度.分析了滤波电感偏差系数对系统性能的影响，得到系统临界稳定的滤波电感偏差系数随着滤波电感的寄生电阻和线路等效电阻的增大而增大，随着采样频率的增大而减小的结论.综合考虑系统的稳定性与动态响应速度，给出了关键控制参数的优化选取范围.仿真和实验结果验证了所提方法的有效性.

关键词：无差拍并网控制；鲁棒脉宽调制；滞后一拍控制；稳定性；动态性

中图分类号：TM464 文献标志码：A

Abstract： In the gridconnected inverter based on the deadbeat current control， the filter inductance variation and onestepdelay control delay affect the distortion of the grid current， stability and dynamic response speed of the system. In this paper， a deadbeat gridconnected control method based on robust PWM is proposed， which reduces the distortion of the grid current caused by the filter inductance variation， effectively solves the delay of the onestepdelay control， reduces the characteristic root equation order of the closedloop transfer function of the system， and improves the stability and dynamic response speed of the system. The influence of the filter inductance deviation coefficient on the system performance is analyzed， and the filter inductance deviation coefficient of the system critical stability increases with the increase of the parasitic resistance of the filter inductance and the line equivalent resistance and decreases with the increase of the sampling frequency. Considering the stability and dynamic response speed of the system， the optimal selection range of the key control parameters is given. Simulation and experimental results verify the effectiveness of the proposed method.

Key words：deadbeat gridconnected control； robust PWM； onestepdelay control； stability； dynamic

隨着化石能源的不断衰竭，新能源分布式发电技术越来越受到人们的重视[1-4]，其中，并网逆变器是分布式发电系统的核心部分[5-8]，其作用是将来自分布式电源的电能转换为电网可接受的交流电能.而无差拍电流控制以并网逆变器数学模型为基础，依赖于主电路的实际电气参数，理论上可以实现无静差控制[9-12].因其快速的电流瞬态响应、精确的电流跟踪特性及全数字化控制，成为理想的电流控制策略.

但是无差拍控制存在着依赖精确的电气模型和控制延时等不足.一方面，滤波电感值无法精确检测，甚至随着并网电流增加，滤波电感进入饱和状态，从而引起滤波电感值减小，这些都会导致模型中的滤波电感值与实际滤波电感值存在一定偏差，影响无差拍控制的控制精度，引起并网电流畸变[13-14]；另一方面，在无差拍电流控制下，采样和计算的固有延时会导致并网逆变器存在最大占空比受限的问题，因此系统多采用滞后一拍控制[15].而滞后一拍控制带来的控制延时会增加系统开环脉冲传递函数的极点数，引起闭环脉冲传递函数极点的变化，这不仅影响到系统的稳定性，还会对系统的动态性产生影响.因此，如何提高系统的稳定性、响应速度以及降低并网电流的畸变，已成为并网逆变器的研究重点和目标.

文献[16]提出一种电感在线辨识的电流预测控制方案，电感在线辨识控制策略在静态和动态过程中能够准确地辨识电感的大小.文献[17]提出了一种滤波电感参数的在线估计方法，从而可以防止传统预测电流控制方法在滤波电感参数不匹配时可能出现的电流相位差和系统不稳定问题.然而上述文献均未考虑滞后一拍控制延时所带来的问题.

预测电流控制技术被提出并用于补偿延时[15， 18-19]，文献[15]提出了一种应用变步长自适应滤波算法对输入电流进行预测控制的方法，解决了采样及计算延时所带来的变换器最大占空比受限问题.由于算法中的加权系数随每个采样周期预测误差进行自适应调整，所以算法具有较好的稳态预测精度.文献[18-19]提出线性预测方法，根据当前和过去时刻的信息以及控制对象的模型，估计出下一拍的信息，该方法虽然消除了延时，但是依赖模型的准确性，存在一定的估计误差.

同时，采用电流观测器预测下一拍电流[10， 20]，对电流参考进行超前预测来实现延时补偿.文献[10]提出了采用基于重复控制思想的状态观测器对并网电流进行预测的方法，解决了电流稳定性受控制延时影响的问题，提高了并网电流预测精度.文献[20]提出了一种改进的自适应自调节负载模型的无差拍电流控制方案，采用了改进的具有延迟补偿功能的无差拍电流控制器，实现了高带宽电流控制特性，补偿了整个系统的延迟.但是，由于参考电流变化的不确定性，使用单一预测算法在一些电流参考变化情况下，会造成较大的电流超调或相位滞后，使系统性能变差.

对此，本文首先介绍了并网系统的结构.其次，提出了一种鲁棒脉宽调制的无差拍并网控制方法，降低了因滤波电感值变化对并网电流造成的畸变，有效地解决了滞后一拍控制引入的延时问题，提高了系统的稳定性及动态响应速度.然后，考虑滤波电感的寄生电阻和线路等效电阻，通过分析滤波电感偏差系数对系统性能的影响，给出了合适的控制参数范围.最后，搭建实验平台，进行实验验证，实验结果验证了所提方法的有效性.

1 并网系统的结构及控制策略

1.1 光伏并网系统的结构

4 结 论

在并网逆变器的无差拍电流控制中，逆变器输出滤波电感值变化和滞后一拍延时会直接影响并网电流的畸变率、系统稳定性与动态响应速度.对此，本文提出了一种鲁棒脉宽调制的无差拍并网控制方法，包括电压外环电流内环双闭环控制和鲁棒脉宽调制.电压外环采用PI控制，稳定逆变器直流侧电容电压；电流内环采用参数修正无差拍控制，降低了因滤波电感值变化对并网电流造成的畸变；鲁棒脉宽调制有效地解决了滞后一拍控制引入的延时问题，提高了系统的稳定性及动态响应速度.

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