并網(wǎng)逆變器是分布式發(fā)電系統(tǒng)與微電網(wǎng)間的重要接口，隨著光伏、風電等新能源發(fā)電系統(tǒng)的迅猛發(fā)展，并網(wǎng)逆變器在微電網(wǎng)中的應用越來越普遍，同時對其控制精度及諧波抑制提出了更高的要求。

PI控制器廣泛應用于逆變器控制中，但易產(chǎn)生靜差，并且諧波抑制效果不佳。逆變器控制信號和擾動信號通常為周期信號，基于內(nèi)模原理的諧振控制器、重復控制器等，因可以實現(xiàn)對周期信號的無靜差控制，受到了廣泛的關(guān)注。

文獻[5]設計的變流器比例積分諧振控制器，實現(xiàn)了對基波信號的無靜差跟蹤以及對低次諧波的抑制，但是要有效抑制更多特定階次的諧波擾動，需增加額外的諧振環(huán)節(jié)。重復控制對于特定頻率的諧波具有相同的控制增益，為了提高魯棒性，實現(xiàn)對某一頻率段的諧波抑制，文獻[6]提出了單相并網(wǎng)逆變器基于奇次諧波內(nèi)模的重復控制。

文獻[7]針對三相并網(wǎng)逆變器的奇次諧波內(nèi)模控制進行了研究。文獻[8]將范圍進一步縮小，提出了nk+1次諧波內(nèi)?？刂?。針對奇偶次諧波同時存在的情況，文獻[9]提出雙模重復控制實現(xiàn)對奇、偶次諧波的單獨控制，相比于傳統(tǒng)重復控制，雙模重復控制對于奇、偶次諧波具有獨立的控制增益。文獻[10]提出采用雙模重復控制器和移相濾波器組成的并行結(jié)構(gòu)抑制奇、偶次電流諧波。但是上述重復控制存在一個或半個基波周期的延時，動態(tài)性能較差。

雖然重復控制可以實現(xiàn)對周期信號的無靜差跟蹤控制，但是存在動態(tài)性能差等缺陷。為了解決上述問題，文獻[11]研究了重復控制相位超前矯正，文獻[12]提出一種分數(shù)階相位補償解決方案，相比于上述相位超前補償器，補償更加精確和靈活。文獻[13]提出了針對三相恒壓恒頻脈寬調(diào)制逆變器的分數(shù)階相位補償。

為適應電網(wǎng)頻率的變化，文獻[14-16]對頻率自適應重復控制策略進行了研究。文獻[17]將比例諧振控制器與重復控制相結(jié)合，利用比例諧振控制器實現(xiàn)基波信號的無靜差跟蹤，重復控制抑制電網(wǎng)諧波擾動。針對重復控制存在一個基波周期的延時問題，文獻[18]將重復控制嵌入狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)中，同時實現(xiàn)高動態(tài)響應和高穩(wěn)態(tài)波形精度。

文獻[19-21]將重復控制與PI相結(jié)合應用于電力電子變換裝置控制中，其具有兩種控制方式的優(yōu)點，使控制精度和動態(tài)性能得到了顯著提高，能夠?qū)崿F(xiàn)很好的動態(tài)性能和精度，但是由于控制器之間存在參數(shù)耦合，使得復合控制系統(tǒng)設計非常復雜。針對該問題，文獻[22]提出基于改進型重復控制算法的并網(wǎng)逆變器設計，但是不能對奇偶次諧波進行單獨控制。

傳統(tǒng)的同步旋轉(zhuǎn)坐標系PI控制能夠?qū)崿F(xiàn)對交流的無靜差控制并具有很好的動態(tài)響應，但是不適用于一些需要四橋臂進行單獨控制的場合，且無法對各次諧波進行有效抑制。包含重復控制的復合控制器具有很好的控制效果，且克服了重復控制動態(tài)性能差的缺點，但是控制系統(tǒng)設計復雜。

本文針對現(xiàn)有控制策略的不足，結(jié)合PI控制器和重復控制器的優(yōu)點，提出了三相四橋臂并網(wǎng)逆變器基于內(nèi)模原理的雙模PI控制策略，采用奇、偶次諧波內(nèi)模代替常規(guī)PI控制器的積分環(huán)節(jié)，設計分別抑制奇次、偶次諧波的雙模PI控制器。

圖1 基于雙模PI控制器的三相四橋臂并網(wǎng)逆變器

圖21 實驗平臺

結(jié)論

本文針對常規(guī)PI控制器存在的靜差及諧波問題，設計了雙模PI控制器。仿真和實驗證明，本文提出的基于內(nèi)模原理的雙?？刂破骺梢詫崿F(xiàn)對周期信號的無靜差跟蹤控制，具有響應速度快、魯棒性好及設計簡單等優(yōu)點。同時，因其具有奇、偶次諧波內(nèi)模，可實現(xiàn)對奇偶次諧波的獨立控制，有效抑制諧波，提高電能質(zhì)量。