一种基于改进重复控制器的并网逆变器电流控制方法与流程

本发明涉及三相并网逆变器并网电流控制方法，特别是一种基于改进重复控制器的并网逆变器电流控制方法。

背景技术：

并网逆变器作为分布式发电系统并网的接口装置，在新能源并网发电的过程中起着重要的作用。对分布式电力系统电能质量的一个重要评估是并网电流的总谐波畸变，按国际电工委员会提出的iec61727-2004以及国家关于光伏系统并网要求，逆变器输出的电流总谐波畸变不能超过5％。

并网逆变器电流控制技术是逆变器的关键技术之一。常见的并网电流控制技术包括比例积分控制、比例谐振控制和滑膜控制等。比例积分控制在旋转坐标系下能够实现对基波信号的无差跟踪，但缺乏对各次谐波的抑制能力。比例谐振控制可以无差地跟踪正弦信号，但如果要抑制多个谐波需要多个谐振控制器使控制系统的处理器的负担加大。滑膜控制存在固有的抖振问题，系统的稳态精度不高。

重复控制是一种基于内膜原理的控制方法，只需要一个内膜就可以对所有谐波进行处理，系统结构简洁，稳态特性良好。但传统的重复控制存在固有的基波周期延迟，动态响应性能较差，同时内膜系数的引入使控制系统存在一定的稳态误差。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于改进重复控制器的并网电流控制方法，实现了并网逆变器输出电流对参考电流的快速跟踪，缩短了重复控制固有的延迟时间，具有更好的稳态精度、响应速度和鲁棒性。

具体技术方案如下：

一种基于改进重复控制器的并网逆变器电流控制方法，采用了新型内膜结构并改进传统重复控制结构、引入了电网电压前馈控制，应用于三相lcl型并网逆变器并网电流控制当中，包括如下步骤：

步骤一：逆变器直流侧电压由电压调节外环控制，直流pi调节器的输出作为两相旋转坐标系下d轴的电流给定通过设定q轴电流为零实现单位功率因素并网；

步骤二：通过锁相环得到电网电压的频率和相位，电流和经反park变换得到αβ轴下的电流给定值iαref和iβref，该给定值与经采样和clark变换得到的网侧电流iα和iβ相减作为改进重复控制器的输入；

步骤三：改进重复控制器的内膜结构使其延迟时间缩短为原来的一半且具备对各次谐波的抑制能力；

步骤四：改进重复控制是将比例控制器与重复控制器并联提高重复控制的动态响应能力，设计改进重复控制器的参数；

步骤五：电网电压经clark变换后通过前馈函数的输出作为电网电压前馈环节的输出；

步骤六：将改进重复控制的输出和前馈环节的输出相加后经反clark变换后作为逆变环节中逆变桥开关管开通关断的控制信号。

所述步骤一中经直流电压外环pi控制得到d轴电流给定并满足：

令实现单位功率因数并网，kp为比例控制器比例系数，ki为积分器系数，s为连续域算子，为直流侧给定电压，udc为直流侧采样到的实际电压。

所述步骤三中改进重复控制器内膜结构的传递函数为：

其中z^-n/2为半个基波周期延迟单元，n为每个基波周期采样次数，z为离散域算子，q(z)为常数0.98。

所述步骤四中改进重复控制器的输入到输出的传递函数在离散域的表达式为：

其中kp为并联比例控制器比例系数，k为补偿器比例系数，l(z)为二阶低通滤波器，z^m为相位超前补偿环节，f(z)为抑制lcl滤波器谐振峰值的陷波器。

所述步骤五中电网电压前馈函数在两相静止坐标系内表示为：

其中为g1(z)控制信号到并网电流的传递函数，g2(z)为电网电压到并网电流的传递函数。

与现有技术相比，本发明具有如下有益技术效果：

(1)本发明中，改进重复控制的内膜结构，使重复控制固有的控制延时时间缩短为半个基波周期且具备对各次谐波的抑制能力。

(2)本发明中，改进重复控制通过和比例控制器并联提高了重复控制器的动态响应能力。

(3)本发明中，通过将电网电压前馈到系统控制中，能及时有效地抑制电网电压扰动，进一步增强了系统的快速性和鲁棒性。

(4)本发明中采用陷波器有源阻尼法抑制lcl滤波器的谐振峰值，节约了成本。

附图说明

图1为本发明系统结构图；

图2为本发明新型重复控制内膜结构图；

图3为本发明改进重复控制结构图；

图4为本发明稳态实验电流数据a相并网电压、电流波形；

图5为本发明稳态实验电流数据电流谐波分析。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明，但本发明的保护范围不受附图所限。

图1为本发明系统结构图，如图所示，系统主电路参数包括：直流侧电压udc＝400v；逆变侧电感l1＝1mh；网侧电感l2＝0.5mh；滤波电容c＝20μf；采样频率fs＝10khz。系统控制模块包括：dq/αβ、abc/αβ和αβ/abc坐标系转换模块，改进重复控制模块，电网电压前馈模块，pll模块，spwm模块。其中，dq/αβ坐标变换模块用于将两相旋转坐标系分量转换为两相静止坐标系分量用于获取参考电流；abc/αβ坐标变换模块用于将三相自然坐标系分量转换为两相静止坐标系分量用于获取电网电流和电网电压；αβ/abc坐标变换模块用于将两相静止坐标系分量转换为三相自然坐标系分量；改进重复控制器用于实现输出电流对参考电流的快速精确跟踪；电网电压前馈控制模块用于对电网电压扰动快速响应；pll模块为锁相环，为控制算法提供电网电压的频率和相位；spwm模块用于产生开关控制信号。

一种基于改进重复控制器的并网逆变器电流控制方法，包括如下步骤：

步骤一：逆变器直流侧电压由电压调节外环控制，直流pi调节器的输出作为两相旋转坐标系下d轴的电流给定通过设定q轴电流为零实现单位功率因素并网，即：

其中取kp＝0.4、ki＝10，s为连续域算子，为直流侧给定电压，udc为直流侧采样到的实际电压。

步骤二：通过锁相环得到电网电压的频率fs和相位θ，电流和经反park变换得到αβ坐标系下的电流给定值iαref和iβref，该给定值与经采样和clark变换得到的网侧电流iα和iβ相减作为改进重复控制器的输入；

步骤三：附图2为新型重复控制内膜结构，改进重复控制的内膜结构使其延迟时间缩短为原来的一半同时具备对各次谐波的抑制能力，新型重复控制内膜结构的传递函数为：

其中z^-n/2为半个基波周期延迟单元，n为每个基波周期采样次数，z为离散域算子，q(z)为常数0.98。

步骤四：附图3为改进重复控制结构图，改进重复控制是将比例控制器与重复控制器并联提高重复控制的动态响应能力，设计改进重复控制器的参数，改进重复控制器的输入到输出的传递函数在离散域的表达式为：

其中kp为并联比例控制器比例系数，k为补偿器比例系数，l(z)为二阶低通滤波器，z^m为相位超前补偿环节，f(z)为抑制lcl滤波器谐振峰值的陷波器。下面给出上述参数的设计步骤：

在两相静止坐标系下，可以得到参考电流到并网电流的传递函数，其在连续域内的表达式为：

其中代入参数，用零阶保持器法对其离散并考虑数字控制的一拍延时可得：

重复控制的等效被控对象为：

为保证等效被控对象h(z)稳定，利用根轨迹法确定比例系数的取值范围，同时考虑h(z)在中低频段的幅值增益衰减程度kp＝0.01。

补偿器比例系数k＝kp＝0.01。

二阶低通滤波器的阻尼比取0.8，无阻尼自然震荡频率为1.06×10⁴rad/s，用零阶保持器法对其离散得：

设计陷波器参数，通过陷波器有源阻尼法抑制lcl滤波器的谐振尖峰，陷波器陷波频率ω＝1.22×10⁴rad/s，求得n≈3，可得：

超前环节用于补偿被控对象和滤波器引起的相位滞后，当m＝7时具有良好的零相移。

步骤五：电网电压经clark变换后通过前馈函数的输出作为电网电压前馈环节的输出，电网电压前馈函数在两相静止坐标系内表示为：

其中为g1(z)控制信号到并网电流的传递函数，g2(z)为电网电压到并网电流的传递函数。取

图4为本发明稳态实验电流数据a相并网电压、电流波形；图5为本发明稳态实验电流数据电流谐波分析，如图所示，入网电流质量良好。

可以理解的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换以达到相同的技术效果，这些修改或等同替换也应视为本发明的保护范围。