基于准PR 改进重复控制的具有滤波功能的光伏逆变器.pdf
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1、由于光伏逆变器与有源滤波器具有相同的拓扑结构,因此将光伏逆变器与有源滤波器相结合有利于提高光伏并网效率。准比例谐振()控制动态响应能力强,但不能实现无静差追踪,而重复控制能够进行无静差跟踪,但存在延时问题且动态响应慢。将准 控制与重复控制结合组成复合控制,在实现无静差追踪的同时又具有良好的动态特性,并分析了基于瞬时无功功率理论的 谐波检测。采用 软件进行仿真,结果表明该复合控制能够快速有效地抑制谐波。关键词:光伏逆变器;有源滤波器;重复控制;控制中图分类号:文献标志码:文章编号:(),(,;,):,(),:;上海电力大学学报 年“双碳”背景下,我国大力推行发展新能源。随着光伏发电技术的成熟,太
2、阳能在新能源中的地位愈加重要。近年来,大规模太阳能光伏并网给电网带来了极大的挑战,并网过程产生的谐波严重损害输入电网的电能质量,大大降低了光伏发电并网效率。电网中的谐波治理大多采用被动治理,利用有源滤波器对系统中的谐波进行抑制。由于光伏逆变器与有源滤波器的拓扑结构类似,因此将光伏逆变器与有源滤波器结合进行统一协调控制,从源头上对电网谐波进行主动处理,能够大大提高谐波治理效果,提高电网电能质量。对谐波进行准确有效的追踪以及控制补偿是谐波治理中的关键,其中基于瞬时无功功率理论的 谐波检测法得到了广泛的应用。许多学者对谐波电流控制策略进行了研究:文献 在同步旋转坐标系下采用了无差拍控制策略,虽控制原
3、理简单、响应速度特别快,但该控制策略对建立的数学模型精确度要求较高,计算较复杂,存在一定的局限性;文献 中采用的比例积分(,)控制容易实现,动态响应快,但对于系统中的交流分量无法进行无静差跟踪;文献 提出的准比例谐振(,)控制的抗干扰能力较差;文献 中的重复控制虽然能够缩小系统的静态误差,但存在周期延迟问题,动态响应能力较差。为了解决上述问题,本文提出先利用基于瞬时无功功率理论的 谐波检测法对谐波进行准确检测,然后结合准 控制与重复控制的优点组成复合控制,对系统中的谐波电流进行准确迅速补偿,实现了光伏逆变器与有源滤波器的统一协调控制。最后,通过仿真分析,验证了该方法的有效性。光伏并网系统光伏并
4、网系统主要包括光伏电池、最大功率点跟踪(,)模块、光伏逆变器、负载等模块。光伏并网系统统一协调控制示意如图 所示。图 光伏并网系统统一协调控制示意图 中,、是三相并网逆变器的内部拓扑结构的 个开关管;和 为缓冲电容;和 分别为光伏阵列的输出电流和输出电压,为最大输出电压;为直流侧电压,为基准值电压;、为三相滤波电感;、为三相并网电压。模块先对光伏阵列输出的最大功率进行跟踪,使得光伏电池输出功率维持在最大值,对通过 控制得到有功电流指令、直流侧电压控制指令 以及负载侧谐波电流指令 进行指令合成,得到电流跟踪指令,最后运用准 控制 重复控制对电流进行跟踪,从而控制逆变器的输出电流,并对电网电流进行
5、谐波补偿。张超凡,等:基于准 改进重复控制的具有滤波功能的光伏逆变器 谐波电流检测谐波电流检测是光伏并网系统中的一个关键环节,对非线性负载的谐波电流进行检测,通过指令电流合成谐波电流补偿信号,从而达到谐波补偿的作用。因此,对谐波电流进行迅速、准确的检测能大大提高电网谐波补偿的效率和质量。目前,谐波电流检测的方法有许多种。文献 提出了一种基于 ()法的谐波检测法,用于检测三相不平衡供电系统。文献 针对谐波检测方法中低通滤波器的延时问题,提出了改进电流平均值法。文献 提出了一种基于瞬时无功功率理论的适用于三相电压不对称系统的改进 谐波检测法。其中,基于瞬时无功功率理论的检测方法以其快速有效的特点得
6、到了广泛应用,具体包括法和 法。基于瞬时无功功率理论的 检测法原理如图 所示。图 谐波检测法原理图 中,、为 坐标系下的两相瞬时电流,、为 坐标系下的基波电流,、为三相基波电流,、为三相谐波电流,表示低通滤波器。锁相环(,)对电路输入的 相电压 进行锁相,从而提取到与 同相位的信号 ,并将提取到的相位信号 添加到谐波检测电路中。三相电压和三相电流公式分别为槡 槡 ()槡 ()()槡 ()槡 ()槡 ()()式中:、相、相、相电压;电压有效值;角频率;、相、相、相电流;、次电流有效值和 次相位;时间。、经过转换得到 和 分量。槡 ()槡 ()()变换矩阵为 ()()()()()坐标转换矩阵为 槡
7、 槡槡()坐标反变换矩阵为 槡槡槡()先通过 变换得到瞬时有功电流 和瞬时无功电流,和 经过低通滤波器滤波得到电流直流分量,接着通过 变换得到基波信号 、,最后将三相电流减去基波电流得到谐波电流。复合控制 准 控制准 控制是在 控制基础上的改进控制,上海电力大学学报 年其控制器的传递函数 为 ()式中:比例环节系数;谐振因子;截止角频率;拉普拉斯算子;谐振角频率。不同、时准 控制的 图如图 所示。图 、不同时准 控制 图图()中,系统在基波频率处的增益随着 的增大而增大。由图 ()可以看出,随着 的变化,基波频率处的峰值基本不变,而谐振带宽以外的幅值会变化,整体曲线随着 的增大向上移动。图()
8、中,增大时,系统在基波频率处的增益不会增大,但两边的带宽明显增大。因此,为了保证系统的稳定性,需要对准 控制器中的、和 进行合理取值。本文中取 ,。传统的重复控制和改进的重复控制重复控制技术的核心思想是内膜原理,将外部建立起的作用信号的数学模型植入控制器进行应用,以构造一种高精度反馈结果的控制系统 。对传统的重复控制技术进行改进,在内膜结构中用 ()代替传统重复控制中的延迟环节 ,并增加补偿器 ()模块,增加了系统的稳定裕度,使得系统稳定性更好。种重复控制结构框图如图 所示。图 种重复控制结构框图图 中,()、()分别为系统输入参考信号和系统输出信号,()为误差信号,虚线框内为内膜结构,()为
9、外部周期扰动,()为系统的控制对象。补偿器 ()可以对系统出现的幅值、相位的波动和偏差进行补偿。系统的闭环传递函数为()()()()()()()()式中:()衰减模块。复合控制重复控制技术能够极大降低交流系统中的稳张超凡,等:基于准 改进重复控制的具有滤波功能的光伏逆变器态跟踪误差,对谐波抑制效果较好,但其动态响应能力较差,往往存在一个周期的延时问题 。准 控制具有很好的动态响应能力,因此将准 控制与重复控制进行结合的复合控制能够兼顾两种控制的优点,对系统中的交流分量进行快速稳定地无静差静态跟踪,并且很好地抑制系统的谐波分量。复合控制结构框图如图 所示。图 复合控制结构框图图中,为准 控制器。
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