近年來，風(fēng)能、太陽能、燃料電池等新能源發(fā)電并網(wǎng)取得了重大進(jìn)展，作為并網(wǎng)核心部件的并網(wǎng)逆變器的發(fā)展也非常迅猛。并網(wǎng)電能的質(zhì)量很大程度上取決于逆變器的控制策略?；趦?nèi)模原理的重復(fù)控制器（Internal Model Principle, IMP）能夠在基波及諧波頻率處產(chǎn)生高增益以及零相移，可實(shí)現(xiàn)對給定電流的無靜差跟蹤，抑制諧波干擾，在并網(wǎng)逆變器控制領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

重復(fù)控制器對周期性信號具有積分特性，應(yīng)用于并網(wǎng)逆變器時(shí)，由于受直流側(cè)電壓以及功率開關(guān)管占空比的限制，容易出現(xiàn)積分飽和情況，嚴(yán)重影響供電質(zhì)量。因此，研究并網(wǎng)逆變器的重復(fù)控制器積分抗飽和控制策略具有重要意義。

積分抗飽和研究已取得較多成果。楊錦分析了PID調(diào)節(jié)器在工程應(yīng)用中的積分飽和問題，并提出了限制措施，但其只給出了基于數(shù)學(xué)模型的仿真，沒有具體被控對象。S.Galeani等將傳統(tǒng)積分抗飽和方法歸納為兩大類：直接線性積分抗飽和（Direct Linear Anti-Windup, DLAW）和模型恢復(fù)積分抗飽和（Model Recovery Anti-Windup, MRAW）。DLAW方法求解階次高，不一定可解，MRAW方法階次相對較低，求解簡單。

• 重復(fù)控制積分飽和抑制研究方面，有學(xué)者設(shè)計(jì)了針對迭代學(xué)習(xí)控制（Iterative Learning Control, ILC）的積分抗飽和方法，并擴(kuò)展到重復(fù)控制器，但沒有考慮保證重復(fù)控制器穩(wěn)定的濾波器。
• 有學(xué)者分析了重復(fù)控制器應(yīng)用于執(zhí)行器飽和系統(tǒng)時(shí)控制量穩(wěn)態(tài)解存在以及有界的條件，并對控制量進(jìn)行補(bǔ)償，在執(zhí)行器飽和時(shí)消除了內(nèi)模動(dòng)態(tài)，防止控制器輸出繼續(xù)積分，但積分抗飽和補(bǔ)償器階次很高，難以實(shí)際應(yīng)用。
• 有學(xué)者采用DLAW方法進(jìn)行積分抗飽和補(bǔ)償，計(jì)算比較復(fù)雜，而且為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，需加入額外補(bǔ)償環(huán)節(jié)。
• 有學(xué)者提出了一種最小拍MRAW設(shè)計(jì)方法，但該方法得到的線性矩陣不等式（Linear Matrix Inequality, LMI）由于條件苛刻，往往無解。

現(xiàn)有文獻(xiàn)關(guān)于重復(fù)控制的積分抗飽和問題一般限于理論分析，鮮有實(shí)際應(yīng)用。關(guān)于并網(wǎng)逆變器中的積分抗飽和問題，僅有少量文獻(xiàn)針對PI控制器及比例諧振控制器的飽和問題進(jìn)行了研究。重復(fù)控制應(yīng)用于并網(wǎng)逆變器能實(shí)現(xiàn)比PI控制和諧振控制更好的穩(wěn)態(tài)性能和諧波抑制效果，但尚未見到并網(wǎng)逆變器重復(fù)控制積分抗飽和研究的相關(guān)文獻(xiàn)。

針對以上問題，本文以三相四橋臂并網(wǎng)逆變器為對象，研究重復(fù)控制抗飽和方法及實(shí)際應(yīng)用，設(shè)計(jì)基于MRAW的三相四橋臂并網(wǎng)逆變器重復(fù)控制積分抗飽和補(bǔ)償器，對控制量和輸出反饋量分別進(jìn)行補(bǔ)償。控制量補(bǔ)償環(huán)節(jié)采用線性補(bǔ)償方法，并引入控制量飽和偏差，其補(bǔ)償環(huán)節(jié)的系數(shù)采用線性二次型最優(yōu)控制進(jìn)行優(yōu)化，輸出反饋量補(bǔ)償環(huán)節(jié)的系數(shù)根據(jù)對象模型獲得。通過該方法得到的LMI條件簡單可解，應(yīng)用于并網(wǎng)逆變器時(shí)可以起到有效的積分抗飽和效果，并通過Simulink仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提控制策略的有效性。

圖11 10 kW三相四橋臂并網(wǎng)逆變器實(shí)驗(yàn)平臺

結(jié)論

本文在設(shè)計(jì)三相四橋臂并網(wǎng)逆變器重復(fù)控制器的基礎(chǔ)上，針對其積分特性，設(shè)計(jì)了重復(fù)控制MRAW積分抗飽和補(bǔ)償器，并通過仿真驗(yàn)證了MRAW控制策略在動(dòng)態(tài)切換和穩(wěn)態(tài)飽和情況下均具有比IMC積分抗飽和更好的恢復(fù)效果和跟蹤性能，最后通過實(shí)驗(yàn)證明了本文提出的重復(fù)控制MRAW積分抗飽和策略的有效性。