弱电网下光伏并网逆变器自适应准PRD控制方法

发布时间：2019-07-24 16:17

【摘要】：当光伏并网逆变器接入弱电网时,较高的电网等效阻抗值使逆变器控制系统带宽减小、控制性能下降。针对此问题,提出自适应准比例谐振微分(PRD)控制方法,该方法首先对传统PI控制器进行改进,采用准PRD控制器实现零稳态误差跟踪并扩大系统带宽,然后采用双谐波电流注入法实现对弱电网阻抗的在线检测,最后将检测到的电网阻抗值作为控制量在线调整准PRD控制器参数,实现并网逆变器对弱电网阻抗的自适应控制。仿真和实验结果表明,该方法可实现对参考信号良好的稳态跟踪特性和动态响应性能,提高系统对时变电网阻抗的自适应性,改善并网电能质量。
【图文】：

114刘桂花等：弱电网下光伏并网逆变器自适应准PRD控制方法Vol.41No.1数；0为谐振点处的谐振角频率；c为截止频率，Kd为控制器微分系数；1/(1+ts)为低通滤波环节，其作用是减小高频干扰、采样噪声等对微分控制单元的影响。为了比较PI控制、准PR控制及准PRD控制的控制性能，取相同的控制参数，对弱电网下的单相光伏并网逆变器电流控制内环进行仿真，得到不同控制方式下的系统开环和闭环频率特性如图3所示。由图3可知，准PR和准PRD控制在50Hz频率处均具有较大的增益，一般增益大于50时，可以实现对基波电流的无误差跟踪，而PI控制虽然对低频谐波起到良好的抑制作用，，但是其在基频处的增益变小，导致稳态误差增大；相比于准PR控制(a)系统开环频率特性(b)系统闭环频率特性图3不同控制方式下的系统频率特性Fig.3Bodediagramsofopen-loopandclosed-looptransferfunctionsunderdifferentcontrolstrategies方式，准PRD控制方法增大了系统的带宽，因此系统的相对稳定性得到改善。2.2电网阻抗在线检测方法为了实时了解当前电网状态，需要对电网阻抗进行在线检测[21]。关于电网阻抗在线检测方法大致可以分为主动法、被动法以及准被动法。谐波注入法因其原理简单、实现方便而得到广泛应用，本文选取基于双谐波电流注入的电网阻抗在线检测方法，其基本原理是：通过逆变器向电网中注入两个频率已知的周期性扰动电流信号，利用检测元件获得并网点(PCC)处的电压、电流响应，结合信号处理技术，提取出所注入谐波分量的响应，进而根据相应公式计算出电网阻抗值。由于不同频率下的电网阻抗值存在以下关系22221g1g22222g2g=

弱电网下光伏并网逆变器自适应准PRD控制方法

，平均并网电流THD值改变量小于10%，总的并网电流THD值小于5%，满足实际需求。2.3光伏并网逆变器自适应准PRD控制方法由于电网阻抗的变化会导致系统被控对象发生变化，对于参数固定的控制器来说，当阻抗变化时，无法保证系统的控制性能始终处于最佳状态，特别是当电网阻抗变化较大时，极易导致系统不稳定现象发生。因此，本文研究基于电网阻抗在线检测的自适应控制方法，将检测到的电网阻抗值作为实时调整电流控制器参数的依据，以提高系统对电网阻抗变化的适应性。弱电网下单相光伏并网逆变器自适应准PRD控制结构如图4所示。sinqdcU*dcULi*图4单相光伏并网逆变器自适应准PRD控制结构Fig.4Adaptivequasi-PRDcontrolprinciplediagramofsingle-phasegrid-connectedPVinverter根据控制理论可知，系统的控制性能与闭环特征根在S平面的位置密切相关，因此，本文采用基于极点配置原则的自校正控制方案，对电流控制器的参数进行自适应调节。由于弱电网下的系统存在4个闭环极点，一般利用主导极点的概念进行降阶处理。设系统的两个闭环主导极点为：1,2ns=-xw±2j1nwx-，非主导极点为：3ns=-mxw，4ns=-nxw(m,n>5)，将其分别代入seiTsiz=(sT为采样时间，i=1,2,3,4)，得到理想的闭环特征方程的离散化形式如下：111111234()(1)(1)(1)(1)mAzzzzzzzzz-----=----对被控对象和控制器进行离散化，经推导，可以得到实际的闭环特征方程1cA(z)-。最后，令11cmA(z)A(z)--=，可以得到Kp，Kr和Kd与系统固定参数以及电网阻抗的关系式如下p1ggppr2ggrrd3ggdd(,)(,)(,)KfRLKKKfRLKKKfRLKKì=+D=+Dí=+D(8)综上所述，基于极?
【作者单位】：哈尔滨工业大学电气工程及其自动化学院;
【分类号】：TM464;TM615

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