基于比例谐振和谐波补偿的逆变器电流控制

LCL并网逆变器准比例谐振与网压前馈控制研究

潘嘉进;刘彦呈;孙赫男;张勤进;刘厶源

【摘要】Aiming at solving a problem, which there are static error and a

weak anti-interference performance when traditional LCL grid-connected

inverter track AC current signal, a novel LCL grid-connected inverter

control strategy was proposed. The control strategy was composed of an

inner loop of the inductor feedback current of inverter side, feed-forward

of grid voltage and an outer loop of the grid-current which employs

Quasi-proportional resonant controller to improve the accuracy of control

system. Meanwhile, the inductor feedback current of inverter side was

applied to damp the resonance peak of LCL filter. In addition, the control

strategy introduced grid voltage feed-forward so that it improved system

response speed and dynamic performance when grid voltage distortion

一种改进的并网光伏逆变器电流控制系统

余从极　，牛中伟ｚ，赵莉华　，　黄学文　ｆ１．中电投江苏电力有限公司，江苏南京２１０００８；２．四川大学电气信息学院，四川成都６１００６５）　

摘要：针对传统ＬＣＬ滤波的并网光伏逆变器电流控制系统控制精度差和无法抑制低次谐波问题，设计了一种改进的电　

流双闭环控制系统。电容电流内环采用比例控制增加系统阻尼，并网电流外环采用带有谐波补偿的准ＰＲ控制。实现对　正弦参考量的无静差跟踪。同时抑制低次谐波。理论分析和仿真实验验证了控制策略的有效性。　

关键词：ＬＣＬ滤波器；比例控制；并网逆变器；准ＰＲ控制　

中图分类号：．ｒＭ　４６４　文献标识码：Ａ　文章编号：１００２－０８７　Ｘ（２０１５）０５－１０３３－０３　

Ａｎ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　ｇｒｉｄ—ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ　

ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ　ｉｎｖｅｒｔｅｒ　

ＹＵ　Ｃｏｎｇ－ｊｉ　，ＮＩＵ　Ｚｈｏｎｇ—ｗｅｉ　，ＺＨＡＯ　Ｌｉ－ｈｕａ２，ＨＵＡＮＧ　Ｘｕｅ－ｗｅｎ　ｒＪ．Ｃｈｉｎａ　Ｐｏｗｅｒ　Ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ　Ｊｉａｎｇｓｕ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｎａｎｆｉｎｇ］ｉａｎｇｓｕ　２１０００８，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，Ｓｉｃｈｔｌａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ　Ｓｉｃｈｔｌａｎ　６１００６５，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｇｒｉｄ—ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ　ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ　ｉｎｖｅｒｔｅｒ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｃｏｎｔｒｏＩ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗｉｔｈ　ＬＣＬ　ｆｉｌｔｅｒ　ｉＳ　ｕｎａｂｌｅ　ｔｏ　

ｓｕｐｐｒｅｓｓ　ＩＯＷ　Ｏｒｄｅｒ　ｈａｒｍｏｎｉｃ　ａｎｄ　ｈａｓ　ＩＯＷ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ。　ｓ０　ａｎ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｄｏｕｂｌｅ　ｃｌｏｓｅｄ　ｌｏｏｐ　ｃｏｎｔｒｏＩ　

带LCL滤波的并网逆变器的比例谐振控制_刘鹏飞

技术与应用

2013年第1期 5

9带LCL滤波的并网逆变器的比例谐振控制刘鹏飞卓菡（福州大学电气工程与自动化学院，福州 3501085）摘要并网逆变器需要及时跟踪电网电压，同时输出电压也要达到规定指标。目前已有多种并网逆变控制方法，均可以达到较好的控制效果。在静止坐标系下，比例谐振（PR）控制算法可以实现无静差跟踪控制，同时PR控制算法可以方便地实现谐波补偿。相比其他几种算法，PR控制算法简单，所需计算量小，有极大的应用前景。关键词：比例谐振控制；并网逆变器；LCL滤波器 Proportional-Resonant Control of a Grid Connected Inverter with LCL Filter Liu Pengfei Zhuo Han (Fuhzhou University Department of Electric and Automatic Control, Fuzhou 350108) Abstract Grid connected inverter’s output current waveform ought to be synchronized with the grid voltage, and must also meet with industrial standards. Nowadays, we have many control methods to do this with acceptable performance. Recently, a new proportional-resonant control method has been proposed. Running under stationary reference frame, it is able to regulate AC signals without static error. And harmonic compensation is quite simple using a PR controller. With its simplicity, PR control algorithm needs less calculation and can be widely used. Key words：proportional-Resonant Control；grid connected inverter；LCL filter 近年来，随着新能源发电越来越受到重视，对并网逆变技术的研究也多了起来。并网逆变器要实现的功能主要是保持输入输出功率平衡和保证入网电能质量。其中，电能质量既要求输出电压实时跟踪电网电压，又要求输出电流谐波尽可能小，同时达到单位功率因数输出。硬件电路方面，简单的两电平全桥逆变器已不能满足高电压、大电流应用场合，各种多电平、模块化（参考文献）的电路拓扑被提出。控制算法方面，通过研究新算法或在经典算法中加入智能算法，均获得了满意的效果。其中应用较多的算法有：滞环控制、比例积分（PI）控制、比例谐振（PR）控制、无差拍控制、重复控制等。 1 PR控制器 PR控制可以在静止坐标系下实现对交流量的直接控制，不需要进行复杂的坐标变换。与传统的PI控制相比，PR控制算法简单，通过增加相应谐振频率的谐振环节，可以方便地进行谐波补偿。同时PR控制性能也优于PI控制[1]。理想的PR控制传递函数如下： IPRP22c2KsGKs （1）图1 理想PR控制器的波特图技术与应用

带LC滤波的三相逆变器的比例谐振控制

第４５卷第６期

２０１１年６月电力电子技术

ＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＶ０１．４５，Ｎｏ．６

Ｊｕｎｅ２０１１

带ＬＣ滤波的三相逆变器的比例谐振控制

李永坚，黄绍平

（湖南工程学院，电气信息学院，湖南湘潭４１１１０４）摘要：针对带ＬＣ输出滤波器的三相电压型逆变器，提出一种新的无电流传感器比例谐振（ＰＲ）控制策略，仅需检测输出滤波电容电压。无需检测其电流。相比于同步旋转坐标系的ＰＲ控制器，提出的ＰＲ控制器基于静止坐标系．无需进行复杂的坐标变换，减少了计算量，能对正序与负序电流进行统一调节。仿真和实验结果表明，该控制策略具有良好的动静态性能，可实现正弦交流指令的零稳态误差控制，利用其谐振控制器的特性对特定次谐波进行补偿．在逆变器带平衡负载和不平衡非线性负载时都能适用。关键词：逆变器；比例谐振控制；滤波中图分类号：ＴＭ４６４文献标识码：Ａ文章编号：１０００一ｌＯＯＸ（２０１１）０６—００７６—０３Ｐｒｏｐｏｒｔｉｎａｌ．ｒｅｓｏｎａｎｔＣｏｎｔｒｏｌｆｏｒＴｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅＩｎｖｅｒｔｅｒｗｉｔｈＬＣＦｉｌｔｅｒｓＬＩＹｏｎｇ－ｊｉａｎ，ＨＵＡＮＧＳｈａｏ・ｐｉｎｇ

（ＨｕｎａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉａｎｇｔａｎ４１１１０４，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎｏｖｅｌｃｕｒｒｅｎｔｓｅｎｓｏｒ］ｅｓｓｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ・ｒｅｓｏｎａｎｔ（ＰＲ）ｃｏｎｔｒｏｌｓｃｈｅｍｅｆｏｒ

ｔｈｒｅｅ・ｐｈａｓｅｉｎｖｅｒｔｅｒｗｉｔｈＬＣｏｕｔ—

ｐｕｔｆｉｌｔｅｒｓｉｓ

ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｃｏｎｔｒｏｌｓｃｈｅｍｅｗｉｔｈ

ｕｓｅｏｆｃｕｒｒｅｎｔｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ

ｏｎｌｙｒｅｑｕｉｅｓｖｏｌｔａｇｅｍｅａｓｕｒｅｄ

ａｃｒｏｓｓ

ｃａｐａｃｉｔｙｉｎｓｔｅａｄｏｆｃｕｒｒｅｎｔｍｅａｓｕｒｅｄ．ＣｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈＰＲ

ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｉｎ

ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｆｒａｍｅ，ｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄＰＲ

基于PR控制的电流控制型逆变器研究

第２６卷第１期　２０１２年Ｏ２月　空军雷达学院学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｉｒ　Ｆｏｒｃｅ　Ｒａｄａｒ　Ａｃａｄｅｍｙ　、，０１．２６　Ｎｏ．１　Ｆｅｂ．２０１２　

文章编号：１６７３．８６９１（２０１２）０１．００４９—０３　

基于ＰＲ控制的电流控制型逆变器研究　

闰利峰　，　亓迎川　，　苏巧　，　马海卫　

（１．空军雷达学院研究生管理大队，武汉４３００１９；２．空军雷达学院五系，武汉４３００１９）　

摘要：为了克服采用比例谐振（ＰＲ）控制的并网逆变器对电网非基频处干扰信号的抑制能力较弱的缺点，　提出了一种电压前馈谐波补偿策略，即将电网中存在的３、５、７等高次谐波反馈到逆变器的控制端．通过对并网　逆变器系统的理论分析建立了逆变系统的数学模型和Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真模型，对系统运行过程进行了仿真研究．仿　真结果表明，采用电压前馈谐波补偿策略的逆变并网系统能够实现输出对参考无静差跟踪的要求，有效地减小电　网中的干扰，使得输出中的总谐波畸变度（ＴＨＤ）由３．６１％降低到０．３１％，可应用于并网逆变器设计中．　

关键词：ＰＲ控制；谐波补偿；电流控制型逆变器　中图分类号：ＴＭ４６　文献标志码：Ａ　ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３．８６９１．２０１２．０１．０１５　

目前，在并网逆变器的设计中普遍采用ＰＩ　

控制，但是ＰＩ控制逆变器在跟踪正弦电流指令　时存在着稳态误差和抗干扰能力差的问题．ＰＲ　

控制器则能较好地解决这２个问题　，由于ＰＲ控　

制器是利用其基频处增益较大的特点，因而对于　

来自电网的非基频处的干扰抑制能力较弱，这会　

使逆变器输出的大量谐波对电网产生污染　．　

为此，本文提出了一种电压前馈谐波补偿策略，　

即通过将电网中存在的高次谐波提取反馈到逆　

变器的控制端，经过补偿算法的计算，叠加到控　制信号中，从而抵消逆变输出的高次谐波．仿真　

结果表明，采用这种电压前馈补偿策略的并网逆　

变器能够降低电网干扰对逆变器输出的影响，提　

电流控制模式中谐波补偿电路的设计

谐波补偿电路是一种用于减小电力系统中谐波电流的设计。在电流控制模式中，由于非线性负载的存在，会产生含有不同频率的谐波电流。这些谐波电流会对电力系统和其他设备产生不良影响，如降低功率因数、增加损耗、引起设备故障等。因此，设计合适的谐波补偿电路可以有效地减小谐波电流的影响。

谐波补偿电路通常包括谐波源、谐波传感器、控制器以及谐波发生器等部分。下面将详细介绍每个部分的设计要点：

1.谐波源：谐波源是指具有谐波电流的非线性负载。在设计谐波补偿电路时，需要对非线性负载进行谐波分析，确定谐波源的谐波类型、谐波频率和谐波电流大小，以便合理选择谐波补偿电路的参数。

2.谐波传感器：谐波传感器用于实时监测电流中的谐波成分。一般采用电流传感器或电压传感器来进行谐波检测。在设计传感器时，需要考虑传感器的灵敏度、精度和扩展范围，以确保准确检测谐波信号。

3.控制器：控制器是谐波补偿电路的核心部分，用于生成补偿电流。控制器需要根据谐波传感器的输出信号，控制谐波发生器的工作状态，产生与谐波源相反的等幅、相位相反的补偿电流。在设计控制器时，需要考虑控制算法、响应速度和抗干扰能力等因素。 4.谐波发生器：谐波发生器是根据控制器的指令，产生与谐波源相反的谐波电流。谐波发生器的设计需要考虑谐波电流的频率范围、输出能力和功率损耗等因素。

在设计谐波补偿电路时，还需要考虑以下几个方面：

1.谐波补偿电路的容量：根据谐波源的谐波电流大小和谐波系数，确定谐波补偿电路的容量。一般来说，谐波补偿电路的容量应大于谐波源的谐波电流。

2.对称负载和不对称负载的处理：根据电力系统的实际情况，设计合适的谐波补偿电路。对于对称负载，可以采用单相谐波补偿电路或三相谐波补偿电路；对于不对称负载，需要采用多个相位谐波补偿电路。

3.谐波补偿电路的稳定性和可靠性：在设计谐波补偿电路时，需要考虑其稳定性和可靠性。对于控制器和谐波发生器等关键部件，需要保证其稳定工作，并考虑过电压、过流和温度等保护措施。

比例谐振控制算法分析

0 前言 ............................................................................................................................................ 3

1 PR控制器 .................................................................................................................................. 3

2 准PR控制器 ............................................................................................................................ 6

3 准PR控制器的参数设置 ....................................................................................................... 7

3.1 ωc=𝟎, KR变化 ........................................................................................................... 7

3.2 ωc变化, KR=1 ........................................................................................................... 7

基于比例谐振的LCL型并网逆变器控制系统设计

第２８卷第８期　２０１２年８月　电力科学与工程　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｖｏｌ＿２８．Ｎｏ．８　Ａｕｇ．，２０１２　

基于比例谐振的ＬＣＬ型并网逆变器控制系统设计　

陈　超，李鹏，张双乐　（华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室，河北保定０７１００３）　摘要：相比Ｌ型滤波器，ＬＣＬ型滤波器具有更好的高频滤波特性，因此广泛应用于大功率、开关频率较　低的并网设备。建立了ＬＣＬ型逆变器的数学模型，在分析了同步坐标系下控制系统设计复杂的情况下提　出邮静止坐标系下基于比例谐振（ＰＲ）控制器的逆变器双环控制策略，并结合高阶极点配置、系统根　轨迹以及开环伯德图给出了详细的控制器参数设计方案，最后仿真验证了该方案的正确性和可行性。　关键词：并网逆变器；ＬＣＬ滤波器；ＰＲ控制器；极点配置　中图分类号：ＴＭ４６　文献标识码：Ａ　

０　引言　

分布式电源需要通过逆变器接人电网，增强　供电可靠性、提高电能质量、减少谐波污染应是　分布式电源并网的题中之义。传统逆变器一般采　用Ｌ滤波器进行滤波，为了减小开关频率的高次　谐波进入电网，不得不采用大电感设计，这样不　仅增大了逆变器体积与损耗，也给直流侧电压设　计带来了困难　。针对上述Ｌ滤波器的不足，采　用ＬＣＬ滤波器的逆变器应运而生。相比前者，对　于同样谐波标准和开关频率，ＬＣＬ滤波器可以采　用小电感设计，有效减小了逆变器损耗和体积，　而基于ＬＣＬ滤波器的控制技术也成为新的研究　热占　然而，电容支路的增加给控制系统设计带来　了困难。由于ＬＣＬ滤波器三阶系统的特性，某一　频率范围内会产生谐振，影响系统的稳定性能。　因此，合理的控制系统设计是系统稳定运行必须　解决的问题。传统的并网电流单环控制　。　无法　使系统稳定运行，电容支路串联电阻　降低高频　滤波性能的同时也带来了额外的损耗，同步旋转　坐标系下的双环控制　引入了过多的耦合量。　在这种情况下，本文提出　静止坐标系下的ＬＣＬ　型逆变器双环控制策略，针对传统的ＰＩ控制无法　跟踪正弦参考信号的缺陷，采用比例谐振（ＰＲ）　控制器¨　，并研究了控制器参数设计的详细方　法，最后仿真验证了该控制方案的合理性。　

小功率单相并网逆变器并网电流的比例谐振控制

第３４卷第２期　２０ｌＯ年４月　北京交通大学学报　ＯＵＲＮＡＬ　０Ｆ　ＢＥＩＪＩＮＧ　ＪＩＡ０ＴＯＮＧ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ　Ｖｏ１．３４　Ｎｏ．２　ＡｒＩＴ．２０１Ｏ　

文章编号：１６７３．０２９１（２０１０）０２．０１２８．０５　

小功率单相并网逆变器并网电流的比例谐振控制　

马琳　，金新民　，唐芬　，梁京哲２　

（１．北京交通大学电气工程学院，北京１０００４４；２．北京航天发射技术研究所，北京１００１７６）　

摘要：针对小功率单相并网逆变器传统网压前馈的ＰＩ（比例积分）控制器在跟踪正弦电流指令时　存在稳态误差和抗干扰能力差等方面缺陷，文中给出了一种ＰＲ（Ｐｒｏｄｏｒｔｉｏｎａｌ－ｒｅｓｏｎａｎｔ比例谐振）控　

制器，并在稳定性、稳态误差和抗干扰性能上比较了ＰＩ和ＰＲ两种控制器．最后，搭建了仿真和实　

验平台，对理论分析结果进行验证．结果表明ＰＲ控制器在单相并网电流控制更具有优越性．　关键词：单相并网逆变器；比例谐振控制；电流环控制；双闭环控制　

中图分类号：ＴＭ６１５；ＴＭ４６４　文献标志码：Ａ　

Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ—Ｒｅｓｏｎａｎｔ　Ｇｉｒｄ－Ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ　Ｃｕｒｒｅｎｔ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　

ｏｆ　Ｌｏｗ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｉｎｇｌｅ　Ｐｈａｓｅ　Ｉｎｖｅｒｔｅｒ　

ＭＡ　Ｌｉｎ　，　ⅣＸｉｎｍｉｎ　，ＴＡＮＧ　Ｆｅｎ　，ＬＩＡＮＧ　Ｊｉｎｇｚｈｅ　（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｊｉａｏｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００４４，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｓｐａｃｅ　Ｌａｕｎｃｈ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１００１７６，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｕｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｗｅｌｌ　ｋｎｏｗｎ　ｄｒａｗｂａｃｋｓ　ｏｆ　ＰＩ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ：ｓｔｅａｄｙ－ｓｔａｔｅ　ｍａｇｎｉｔｕｄｅ　ａｎｄ　ｐｈａｓｅ　ｅｒｒｏｒ　ａｎｄ　ｌｉｍｉｔｅｄ　ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ　ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ　ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ，ｏｎｅ　ｎｏｖｅｌ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｃｈｅｍｅ　ｎａｍｅｄ　ＰＲ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ—　

基于多重比例谐振的动态电压恢复器谐波补偿策略

在电力系统中，谐波是一种频率高于基波频率的电压或电流波形的扭曲现象。谐波造成了电力系统中的许多问题，例如电压失真、电流过载、设备损坏等。为了解决这些问题，人们提出了各种谐波补偿策略。其中，基于多重比例谐振的动态电压恢复器成为一种有效且广泛应用的补偿手段。

一、谐波的产生和影响

谐波是由非线性负载引起的，例如电子设备、调光灯、变频器等。这些设备非线性电特性使得电流波形变得扭曲，从而产生谐波。谐波对电力系统造成的影响主要有两方面：一是电压失真，即电压波形的畸变，导致设备的正常运行受到影响；二是电力损耗，谐波电流引起的额外损耗会增加电力系统的负担。

二、传统谐波补偿策略的问题

在谐波补偿领域，传统的策略主要包括有源谐波补偿和无源谐波补偿。有源谐波补偿利用逆变器产生与谐波相反的波形，与谐波互相抵消。然而，由于逆变器本身的非线性特性和谐振问题，有源谐波补偿存在一些问题。无源谐波补偿则利用谐振电路或滤波电路实现对谐波的衰减。然而，由于谐振电路和滤波电路的固有特性，无源谐波补偿往往只能对特定频率的谐波起作用。

三、多重比例谐振的动态电压恢复器

基于多重比例谐振的动态电压恢复器是一种新型的谐波补偿策略。其主要原理是利用共振电路产生与谐波相反的电流波形，实现谐波的补偿。与传统的有源谐波补偿相比，多重比例谐振的动态电压恢复器具有以下优点：

1. 精确的补偿能力：多重比例谐振的动态电压恢复器能够精确地补偿各个频率的谐波。通过调整谐振电路中的参数，可以实现对特定频率的谐波的补偿。

2. 宽波段补偿：多重比例谐振的动态电压恢复器不受限于特定频率的谐波补偿。其谐振电路能够在宽频段内工作，对多个频率的谐波进行补偿。

3. 自适应能力强：多重比例谐振的动态电压恢复器具有良好的自适应能力。谐振电路能够自动调整其参数，以适应电力系统中谐波特性的变化。