式PI调节逆变器直流侧电压，其控制简单 易行，相比于差分式PI控制，增量式PI调节大大减少运算量，提高了运算速度。直流侧参 考电压4和直流侧实测电压U d。的差值e，作为PI控制器的输入，PI控制器的输出通过限 幅后，获得直流侧稳压环节的电流幅值指令I:，离散PI调节器可表述为：
[0035] 式中，kp是PI控制器的比例系数，k i是积分系数。
[0036] 电流幅值指令Idl*和前馈电流幅值指令I :相加合成内环电流幅值指令I 电 网电压同步信号sin ω t与电流幅值指令Ij相乘，即得到该采样周期内与电网电压同步的 并网电流瞬时值指令<。
[0038] 式中，fs为电网频率，Ts为采样周期。
[0039] 将直流侧电压测量值Ud。、并网电流测量值is、并网电流参考指令值<、电容电流测 量值U和电网电压测量值U s，送入电流内环鲁棒延时补偿并网控制器。该控制器通过电容 电流反馈延时补偿和零极点延时补偿可以补偿系统的一个采样周期滞后，其有效地降低了 电容电流反馈有源阻尼中的控制延时，提高了系统的鲁棒性和动态性，从而可以更好地满 足逆变器并网运行的要求。
[0040] 下面来分析该鲁棒延时补偿并网控制方法的原理和稳定性。
[0041] 电容电流反馈延时补偿将电容电流反馈从G1(S)的输出端移至Gd(S)的 输出端，其可以补偿计算延时的半个采样周期滞后，零极点延时补偿的补偿公式为
其可以补偿零阶保持器产生的半个采样周期滞后，电容电流反馈延时 补偿和零极点延时补偿相结合控制方法可以补偿系统的一个采样周期滞后，提高了系统的 鲁棒性和动态性。
[0042] 采用电容电流反馈延时补偿的控制方法，可以有效补偿系统计算延时中的半个采 样周期滞后。采用电容电流反馈延时补偿方法的控制延时如图3所示，三角载波的波谷第 k时刻采样并网电流is，在三角载波的波峰第k+0. 5时刻采样电容电流ia，在下一个并网电 流采样第k+Ι时刻，装载调制信号。因此，并网电流的控制延时为T s，电容电流的控制延时 为0. 5TS，调制信号为：
[0043] um (k+1) = ur (k) -uiC1 (k+0. 5) (5)
[0044] 零阶保持器会产生半个采样周期滞后，延时环节会改变系统的相位特性，影响系 统的鲁棒性。采用零极点延时补偿的控制方法，可以补偿零阶保持器产生的半个采样周期 滞后。在零阶保持器前，加入补偿公式C(S)。
[0045] 零极点延时补偿的补偿公式为：
[0047] 将z =Z代入式（6)，得出表达式为：
[0049] 系统的环路增益为：
[0051] 从式（8)中可以看出，分子存在一个半采样周期的延时环节，分母只存在半个采 样周期的延时环节，有利于增强系统的鲁棒性。
[0052] 电容电流反馈等效在滤波电容上并联一个阻抗Zeq2，其表达式为：
[0054] 式中：Rd= L ^(GinvH1C1)，Ginv是逆变器的等效增益。
[0055] Zeq2(S)可以等效为电阻Req2 (s)和电抗Xeq2 (s)相并联，其表示式为：
[0056] Zeq2(s) = Req2(s)//Xeq2(s) (10)
[0057] 采用欧拉公式，将s = jco代入式（9)，从式（9)和式（10)可以求出，Req2(Co)和 Xeq2(?)的表达式为：
[0059] Req2(Co)和Xeq2(Co)的频率特性如图4虚线所示，从图4可以看出，在fs/2以内， Req2(W)是正阻，Xeq2(Co)是感抗。
[0060] 电网阻抗变化时采用本发明所提控制方法单环闭环系统的零极点图如图5所示， 当伫多f s/6时，离散特征方程的全部特征根均分布在z平面上的单位圆内，满足系统稳定 的要求。因此，采用LCL型逆变器的鲁棒延时补偿并网控制方法时，系统对电网阻抗的鲁 棒性较好，提高了系统的动态性。
【主权项】
1. 一种IXL型逆变器的鲁棒延时补偿并网控制方法，其特征在于，包括w下步骤： 1) 在每个采样周期的起始点，DSP控制器启动A/D转换器，对光伏电压IV、光伏电流 ipy、直流侧电压Ud。、电容电流1。1、电网电压Ug、并网电流L分别进行采样，所有采样数据经 A/D转换器转换后，通过并行接口送给DSP控制器进行处理； 2. DSP控制器根据光伏电压IV和光伏电流ipy的瞬时值进行最大功率点跟踪，并计算 出每个采样周期的有功功率Ppy，同时，DSP控制器利用傅里叶算法DFT计算出每个电网周期 内的电网电压有效值 扣将直流侧参考电压4和直流侧电压Ud。的差值e作为PI控制器的输入，PI控制器的 输出通过限幅后，获得直流侧稳压环节的电流幅值指令Id/，其中，PI控制的传递函数G。(S) 表达式为：Gu(s) =kups+kui/s，kup是PI控制器的比例系数，其取值范围为0. 1《kup《20 ; kui是PI控制器的积分系数，其取值范围为0. 001《k0. 1;s=jω，j是虚部单位符 号，ω为电网角频率； 4)计算前馈电流幅值指令ΙρΛ其计算公式为：Ιρ/=kpvUpvipv/U，其中，kpv为功率前馈 比例系数，其取值范围为1. 27《kpv《1. 34 ; W将电流幅值指令Id/和前馈电流幅值指令Ip/相加合成内环电流幅值指令IαΛ将 电网电压同步信号sinwt与I,。巧目乘，得到该采样周期内与电网电压同步的并网电流瞬时 值指令< ; 6) 将并网电流L与并网电流反馈系数Η2(s)相乘，其中，H2(s)取值范围为 0.KH2(s)<0. 2,再将并网电流瞬时值指令C与相乘后得到的值相减，得到差值e1，将差值 ei与PI控制的传递函数Gi(s)相乘，将得到的值与Gd(s)相乘得到Gd(s)的输出值Ur;其 中，Gd(s)的表达式为：（U、) ; 7) 将电容电流1。1与电容电流反馈系数Hi(s)相乘得到电容电流反馈信号Uw;其中， Hi(S) =K讯1，町是电容电流反馈系数的比例系数，其取值范围为40<Κ訂37,Li是1XL滤波 器的电感； 8) 将Gd(s)的输出值Uf与电容电流反馈信号uw相减得到调制信号Um; 9) 将调制信号Um与采样频率l/Tg相乘，其中，是采样周期，与采样频率l/Tg相乘之 后得到的值与零极点延时补偿传递函数C(s)相乘，最后得到的值与零阶保持器的传递函 数Gh(s)相乘，得到SPWM调制波信号D;其中，Gh(s)的表达式为：10) 对SPWM调制波信号D和Ξ角载波进行双极性调制，得到逆变电路开关管的占空比 信号，经1XL型单相并网逆变器的驱动保护电路，控制逆变电路开关管的开通与关断。2. 根据权利要求1所述的1XL型逆变器的鲁棒延时补偿并网控制方法，其特征在于， PI控制的传递函数Gi(S)表达式为：Gi(S) =kips+kii/s;kip是PI控制器的比例系数，其取 值范围为0. 5《kip《5;kII是PI控制器的积分系数，其取值范围为0. 005《k0. 05。3. 根据权利要求2所述的1XL型逆变器的鲁棒延时补偿并网控制方法，其特征在于，调 制信号Um的具体调制过程是：在Ξ角载波的波谷第k时刻采样并网电流i,，并按步骤6)计 算出第k时刻的Uf化）；在Ξ角载波的波峰第k+0. 5时刻采样电容电流ici，并按步骤7)计 算出第k+0. 5时刻的Uw化+0. 5);在下一个并网电流L采样第k+1时刻，计算并装载调制 信号Um化+1)到DSP控制器，Um化+1)的计算公式为：Um化+1)=Uf化)-Uici化+0. 5);其中，k 是采样时刻序列号。4.根据权利要求3所述的1XL型逆变器的鲁棒延时补偿并网控制方法，其特征在于，零 极点延时补偿传递函数C(s)表达式为
【专利摘要】本发明公开了一种LCL型逆变器的鲁棒延时补偿并网控制方法，主要包括功率前馈控制、电压外环控制和电流内环鲁棒延时补偿并网控制三个部分，其中，功率前馈控制可加快光伏直流侧能量向电网交流侧能量的单向传递过程，加快系统的暂态响应；电压外环控制用于稳定直流侧电容电压；电流内环采用鲁棒延时补偿并网控制，包括电容电流反馈延时补偿和零极点延时补偿策略，其有效地降低了系统的控制延时，提高系统的鲁棒性和动态性，实现高质量的并网电流馈入电网。本发明使LCL型逆变器具有更高的鲁棒性和更快的动态响应，更好地满足了逆变器并网运行的需要。
【IPC分类】H02J3/40
【公开号】CN105244919
【申请号】CN201510480982
【发明人】陈燕东, 杨苓, 罗安, 周乐明, 陈智勇, 周小平, 伍文华, 怀坤山
【申请人】湖南大学
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年8月7日