三相并网逆变器的PI重复控制研究与实现

发布时间：2020-07-21 18:21

【摘要】：为构建可持续发展体系,基于光伏、风能、燃料电池等可再生能源的分布式发电系统已成为各国关注的重点和研究对象。并网逆变器作为分布式发电单元与电网或负载的接口,得到了广泛的关注。基于内模原理的重复控制技术对并网逆变器中常见的周期性扰动具有很强的抑制作用,在逆变器控制领域得到了广泛的应用。然而,由于延时环节的存在,重复控制动态响应较差。本文针对这个问题,开展三相并网逆变器的PI重复控制研究,具体内容如下:设计了并网逆变器总体方案。在需求分析的基础上,确定了逆变器拓扑结构,计算功率电路关键参数,并对器件进行分析和选型。分别建立了前级DC/DC变换器的小信号扰动模型和后级DC/AC变换器在旋转坐标系下的模型,并对其进行解耦,使其可以独立控制。基于内模原理设计了重复控制与PI控制、无差拍控制分别结合的复合控制策略。重复控制动态性能差,在有些场合不能单独应用,为此对PI控制与无差拍控制进行分析,接着将其分别与重复控制相结合,通过仿真对几种控制方案进行了比较分析,最终选择PI串联重复控制策略,利用零点抵消控制对象传递函数主导极点的方法对PI进行参数设计,采用零相移误差跟踪理论对重复控制补偿环节进行设计。该方法能改善重复控制本身的动态响应较差的问题,并能有效抑制逆变器的谐波。提出了一种以电网6倍频信号为内模的多模重复控制器。将多个重复控制内模并联叠加来抑制特定频率的谐波,针对其延时拍数不能整除的问题,采用分数阶拉格朗日插值函数对其进行逼近,并采用陷波器与二阶滤波器相串联的方式对传统相位补偿函数进行优化,通过仿真验证该方法比直接重复控制有更好的性能。搭建了三相并网逆变器实验平台,对本文的控制方法进行实验验证。实验结果表明将PI控制与重复控制相结合效果要优于单独PI控制,将重复控制进行上述改进后,其入网电流THD由2.62%下降为2.04%,3、5、7次主导谐波能得到有效抑制,当给定电流阶跃变化时,其具备更快的响应速度,输出能快速跟踪给定。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM464
【图文】：

波形,并网逆变器,仿真模型,中间级

图 3-15 两级式三相并网逆变器仿真模型上节描述了前级 Boost 电路主要是将锂电池电压稳定上升至符合要求的中间级电压，采用电压电流双闭环 PI 控制，即电压环的控制输出作为电流环的给定，因为本文的研究重点主要是针对重复控制技术对后级并网逆变电流中谐波的抑制作用，因此前级 Boost 电路只做简单描述，后文将不再赘述。下图 3-16 为Boost 电路波形仿真图，可知初始阶段由于前后级功率守恒，中间级电压会先有一个小幅度的电压下降，之后稳定在 650V 左右为后级逆变电路提供一个稳定的电压等级。62062563063564064565065581012141618中间级电压/V输入电流/A

电路图,采样电路,交流电压

.1 采样电路设计采样电路对电流电压信号处理，并将处理后的信号送给 DSP 的 AD 控制器需要对采样得到的电网交流电压、交流电流、中间级直流电压输入电压进行处理，所以采样电路分别分为交流电压采样电路、交流路、直流电压采样电路。三中采样电路经采样板处理后得到 0~3V 能 DSP 处理的信号。(1) 交流电压采样电路交流电压采样电路与直流电压采样电路主体部分大体一致。但由于正有负，即使经过大电阻分压和电压传感器后仍为一个在正负值区，由于 DSP 只能处理 0~3V 的电压信号，所以在上述直流电压采样加一个电压抬升电路，使其最终处理得到的信号能满足 DSP 的要求采样信号电路图如下所示：

采样原理,交流电流,直流电压

图 5-3 交流电流采样原理图(3) 直流电压采样电路锂电池直流输入电压和中间级直流电压采用莱姆电压传感器 LV-25P/SP5 可测量电压范围为 1500V，输出额定电流为 10mA。直流电压采样电路先将强电电路部分的直流电压经大电阻分压和电压互感器后变变为一个直流源再经过一个小电阻转换成 DSP 能够处理的 0~3V 电压信号，最后经过二阶巴特沃斯低通滤波器，使电路有更好的频率特性。直流电压采样电路如下图所示：

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