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  • 頭條單相逆變器比例諧振控制設(shè)計(jì)的新方法
    2021-01-28 作者:李坤 鄭文帥 等  |  來源:《電氣技術(shù)》  |  點(diǎn)擊率:
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    導(dǎo)語(yǔ)遼寧工程技術(shù)大學(xué)的研究人員李坤、鄭文帥、馬超、劉春喜,在2019年第12期《電氣技術(shù)》雜志上撰文指出(論文標(biāo)題為“基于單相逆變器的比例諧振控制設(shè)計(jì)”),在單相并網(wǎng)逆變器的應(yīng)用中,電流控制器的參數(shù)對(duì)系統(tǒng)輸出電流的質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。在負(fù)載電流突變時(shí)對(duì)逆變器輸出電流進(jìn)行有效控制是檢驗(yàn)其并網(wǎng)能力的有效方法。 本文提出了一種使系統(tǒng)達(dá)到最佳性能的比例諧振控制器參數(shù)設(shè)計(jì)方法。通過對(duì)系統(tǒng)建模分析推導(dǎo)出系統(tǒng)傳遞函數(shù),利用系統(tǒng)開環(huán)幅頻特性來確定比例諧振控制器參數(shù)以獲得更好的動(dòng)態(tài)性能,在系統(tǒng)帶寬內(nèi)達(dá)到理想的系統(tǒng)增益,充分發(fā)揮了比例諧振控制器在靜止坐標(biāo)系下對(duì)基頻電流無靜差跟蹤的優(yōu)勢(shì)。最終通過仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該分析方法的有效性。

    隨著近年來可再生能源的發(fā)展,如太陽(yáng)能、風(fēng)能等,并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)成為研究熱點(diǎn)。對(duì)于并網(wǎng)系統(tǒng),精確的電流控制對(duì)于有效調(diào)節(jié)電網(wǎng)和逆變器之間的有功和無功功率至關(guān)重要。若要得到理想的效果就需要設(shè)計(jì)一個(gè)性能良好的逆變控制系統(tǒng),其技術(shù)指標(biāo)包括負(fù)載調(diào)整率、電源調(diào)整率、輸出精度、穩(wěn)態(tài)誤差、動(dòng)態(tài)響應(yīng)等,良好的控制參數(shù)往往也可以很大程度地提高系統(tǒng)的綜合性能。

    傳統(tǒng)的比例積分(proportional-integral, PI)調(diào)節(jié)也有廣泛的應(yīng)用,為了彌補(bǔ)其固有的缺點(diǎn),提出了許多改進(jìn)PI調(diào)節(jié)策略,譬如模糊PI控制,卻造成了系統(tǒng)的復(fù)雜性和參數(shù)的敏感性。

    有學(xué)者采用無差拍電流控制的方法,可以提高控制性能,但是其過于復(fù)雜的運(yùn)算將導(dǎo)致更長(zhǎng)的控制延遲。在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下采用PI控制可消除穩(wěn)態(tài)誤差,但該方法多用于三相系統(tǒng)。

    有學(xué)者針對(duì)單相逆變器,提出了采用單相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換的方法,可以有效地減小穩(wěn)態(tài)誤差,但是其實(shí)現(xiàn)復(fù)雜,增加了系統(tǒng)成本。

    有學(xué)者對(duì)比例諧振(proportional resonant, PR)控制原理進(jìn)行分析,闡述了PR控制能夠在諧振頻率處提供無窮大的增益,因而對(duì)諧振頻率處的電流信號(hào)實(shí)現(xiàn)無靜差跟蹤,并且易于實(shí)現(xiàn),可有效降低系統(tǒng)成本。

    因此,本文以PR控制為基礎(chǔ),通過對(duì)系統(tǒng)開環(huán)幅頻特性的分析并結(jié)合系統(tǒng)穩(wěn)定裕度和穩(wěn)態(tài)誤差的要求,求得了高基頻增益、大穩(wěn)定裕度和強(qiáng)魯棒性的PR控制器參數(shù)。

    該方法綜合考慮逆變器控制中的脈沖寬度調(diào)制(pulse width modulation, PWM)和采樣延遲影響,在此基礎(chǔ)上給出了PR控制器參數(shù)的具體設(shè)計(jì)方法。由此推導(dǎo)出了適用于該逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的PR控制器參數(shù)計(jì)算通式。最終經(jīng)過仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提方法的有效性。

    學(xué)術(shù)簡(jiǎn)報(bào)︱單相逆變器比例諧振控制設(shè)計(jì)的新方法

    圖7 并網(wǎng)逆變器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

    結(jié)論

    本文對(duì)單相并網(wǎng)逆變器進(jìn)行了研究,綜合考慮了PWM傳輸延遲和采樣延遲對(duì)系統(tǒng)最大增益的影響,提出了一種通過分析系統(tǒng)開環(huán)幅頻特性來計(jì)算系統(tǒng)最大增益的方法。

    所設(shè)計(jì)的PR控制器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)并網(wǎng)電流信號(hào)的無靜差跟蹤控制,有效降低了輸出電流的畸變率,并且在負(fù)載電流突變時(shí),系統(tǒng)有著很好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力??刂破鞯谋壤禂?shù)設(shè)計(jì)由濾波電感、最大穿越頻率和直流母線電壓決定,而積分器時(shí)間常數(shù)基本上與負(fù)載參數(shù)無關(guān)。通過仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本文所提方法的有效性。

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