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(fēng)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(yīng)用越來(lái)越普遍，同時(shí)對(duì)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(yīng)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(hào)和擾動(dòng)信號(hào)通常為周期信號(hào)，基于內(nèi)模原理的諧振控制器、重復(fù)控制器等，因可以實(shí)現(xiàn)對(duì)周期信號(hào)的無(wú)靜差控制，受到了廣泛的關(guān)注。

文獻(xiàn)[5]設(shè)計(jì)的變流器比例積分諧振控制器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)基波信號(hào)的無(wú)靜差跟蹤以及對(duì)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(dòng)，需增加額外的諧振環(huán)節(jié)。重復(fù)控制對(duì)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(shí)現(xiàn)對(duì)某一頻率段的諧波抑制，文獻(xiàn)[6]提出了單相并網(wǎng)逆變器基于奇次諧波內(nèi)模的重復(fù)控制。

文獻(xiàn)[7]針對(duì)三相并網(wǎng)逆變器的奇次諧波內(nèi)?？刂七M(jìn)行了研究。文獻(xiàn)[8]將范圍進(jìn)一步縮小，提出了nk+1次諧波內(nèi)模控制。針對(duì)奇偶次諧波同時(shí)存在的情況，文獻(xiàn)[9]提出雙模重復(fù)控制實(shí)現(xiàn)對(duì)奇、偶次諧波的單獨(dú)控制，相比于傳統(tǒng)重復(fù)控制，雙模重復(fù)控制對(duì)于奇、偶次諧波具有獨(dú)立的控制增益。文獻(xiàn)[10]提出采用雙模重復(fù)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(fù)控制存在一個(gè)或半個(gè)基波周期的延時(shí)，動(dòng)態(tài)性能較差。

雖然重復(fù)控制可以實(shí)現(xiàn)對(duì)周期信號(hào)的無(wú)靜差跟蹤控制，但是存在動(dòng)態(tài)性能差等缺陷。為了解決上述問(wèn)題，文獻(xiàn)[11]研究了重復(fù)控制相位超前矯正，文獻(xiàn)[12]提出一種分?jǐn)?shù)階相位補(bǔ)償解決方案，相比于上述相位超前補(bǔ)償器，補(bǔ)償更加精確和靈活。文獻(xiàn)[13]提出了針對(duì)三相恒壓恒頻脈寬調(diào)制逆變器的分?jǐn)?shù)階相位補(bǔ)償。

為適應(yīng)電網(wǎng)頻率的變化，文獻(xiàn)[14-16]對(duì)頻率自適應(yīng)重復(fù)控制策略進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)[17]將比例諧振控制器與重復(fù)控制相結(jié)合，利用比例諧振控制器實(shí)現(xiàn)基波信號(hào)的無(wú)靜差跟蹤，重復(fù)控制抑制電網(wǎng)諧波擾動(dòng)。針對(duì)重復(fù)控制存在一個(gè)基波周期的延時(shí)問(wèn)題，文獻(xiàn)[18]將重復(fù)控制嵌入狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)中，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)響應(yīng)和高穩(wěn)態(tài)波形精度。

文獻(xiàn)[19-21]將重復(fù)控制與PI相結(jié)合應(yīng)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(diǎn)，使控制精度和動(dòng)態(tài)性能得到了顯著提高，能夠?qū)崿F(xiàn)很好的動(dòng)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(fù)合控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)非常復(fù)雜。針對(duì)該問(wèn)題，文獻(xiàn)[22]提出基于改進(jìn)型重復(fù)控制算法的并網(wǎng)逆變器設(shè)計(jì)，但是不能對(duì)奇偶次諧波進(jìn)行單獨(dú)控制。

傳統(tǒng)的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系PI控制能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)交流的無(wú)靜差控制并具有很好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，但是不適用于一些需要四橋臂進(jìn)行單獨(dú)控制的場(chǎng)合，且無(wú)法對(duì)各次諧波進(jìn)行有效抑制。包含重復(fù)控制的復(fù)合控制器具有很好的控制效果，且克服了重復(fù)控制動(dòng)態(tài)性能差的缺點(diǎn)，但是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜。

本文針對(duì)現(xiàn)有控制策略的不足，結(jié)合PI控制器和重復(fù)控制器的優(yōu)點(diǎn)，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(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)

結(jié)論

本文針對(duì)常規(guī)PI控制器存在的靜差及諧波問(wèn)題，設(shè)計(jì)了雙模PI控制器。仿真和實(shí)驗(yàn)證明，本文提出的基于內(nèi)模原理的雙?？刂破骺梢詫?shí)現(xiàn)對(duì)周期信號(hào)的無(wú)靜差跟蹤控制，具有響應(yīng)速度快、魯棒性好及設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，因其具有奇、偶次諧波內(nèi)模，可實(shí)現(xiàn)對(duì)奇偶次諧波的獨(dú)立控制，有效抑制諧波，提高電能質(zhì)量。