并网逆变器电流控制方法
并网逆变器的电流控制方法
陈敬德，1140319060；杨凯，1140319070；指导老师：王志新
（上海交通大学电气工程系，上海，200240）
摘要：并网逆变器是光伏发电系统的一个核心部件，其控制技术一直是研究的热点。其使用的功率器件属于电力电子设备，它们固有特性会对系统产生不利的影响，为了防止逆变器中的功率开关器件处于直通状态，通常要在控制开关管的驱动信号中加入死区，这给逆变器输出电压带来了谐波，对电网的电能产生污染。本文对传统的控制方法重复控制、传统的PI控制、dq轴旋转坐标控制、比例谐振控制进行了总结分析，并比较了它们的优缺点。
关键词：并网逆变器，重复控制，传统的PI控制，dq轴旋转坐标控制，比例谐振控制
0引言
随着现代工业的迅速发展，近年来全球范围内包括煤、石油、天然气等能源日益紧缺，全球将再一次面临能源危机，同时，这些燃料能源的应用对我们所生活的周围环境产生了严重的影响。环境问题受到了人们的广泛关注，为了解决能源紧缺以及环境污染问题，寻找可再生能源是解决这一问题的有效方式。太阳能因其清洁，无污染的优势受到了人们的青睐，太阳能光伏发电是目前充分利用太阳能资源的主要方式之一。太阳能发电主要有单独运行和并网运行两种模式，其中并网运行发展速度越来越快，应用的规模也愈来愈大[1]。逆变器是光伏发电系统中的关键部件，逆变器的工作原理是通过 IGBT、GTO、GTR等功率开关管的导通和关断，把直流蓄电池电能、太阳能电池能量等变换为电能质量较高的交流电能，可以把它看成是一种电能转换设备。功率开关管的开关频率一般都比较高，因此利用它们进行电能转换的效率也比较高，但有一个很大的缺点是由它们组成的逆变系统的输出电能却不理想，其输出的波形中包含了很多对电能质量产生不利的方波，而很多场合都要求其输出的是一定幅值和频率的正弦波，所以要寻找更好的控制策略来提高逆变器的电能质量，让其输出各项性能指标都满足要求的波形。目前所用的逆变器可以分为以下两类：一类是恒压恒频逆变器，这类逆变器在各种电源持续供电的领域应用广泛，它能够输出电压幅值和频率都是特定值的交流正弦波，简称 CVCF 逆变器。第二类是变压变频逆变器，这种逆变器主要用在电动机的调速系统中，它能够输出特定的幅值电压和频率，简称 VVVF 逆变器[2]。
本文将对并网逆变器的几种常见控制方法进行总结，如传统的PI控制、基于dq旋转坐标系的控制、重复控制及比例谐振控制。给出了框图和数学模型，并指出了它们各自的优缺点。
1重复控制
1.1重复控制思想
重复控制是基于内模原理的一种控制方法。所谓内模原理，即在一个闭环调节系统中，在其反馈回路中设置一个内部模型，使该内部模型能够很好的描述系统的外部特性，通过该模型的作用可使系统获得理想的指令跟踪特性，具有很强的抗干扰能力[3-4]。基于重复控制的算法在逆变器中得到了广泛的应用[5-7]。其基本思想是假设前一个基波周期中出现的波形畸变将会在下一个基波周期的同一时间重复出现，在此假设条件下，控制器根据每个开关周期给定信号与反馈信号的误差来确定所需的校正信号，然后在下一个基波周期的同一时间将此信号叠加到原控制信号上，以消除以后各基波周期中出现的重复畸变[8]。内模所起的作用就相当于是一个任意信号发生器，即使是给定的指令信号趋于0时，其依然能够持续不断地输出控制信号，以维持合适的控制作用。重复控制能够很好的抑制波形中出现的周期扰动，但是对于系统中的非周期性扰动作用不大[9]。然而，由功率器件的死区以及非线性负载给逆变器系统带来的影响都具有周期性，因此利用重复控制的这个特性能够很好的解决这些问题，提高逆变系统的性能。
根据我们所学的经典控制理论，若系统中含有积分环节，那么它就能够无误差的跟踪阶跃输入，而且对积分环节之前的阶跃干扰也有很好的抑制作用。事实上积分环节可以看成是系统的内模，因闭环系统中的积分环节包含了阶跃输入的模型，从而可以实现精确无误差地跟踪阶跃输入信号。
如果控制系统内模的数学模型所描述的是周期性的信号，那么闭环系统对周期性的扰动具有很好的抑制作用，若给定指令或扰动信号只是单一频率的正弦信号，系统的内膜中只要包含有正弦的数学模型：
22(S)GS
（1-1）
就能够实现精确跟踪指令信号。如果指令信号或扰动信号中还包含其它频率的信号，这种情况下，若要实现精确无误差跟踪，只能通过在内膜中加入多个描述特定频率信号的数学模型，若信号所包含的频率成分较多，所需要的内模数量就很多，这给系统的控制带来了一定的困难。为此就要寻找一种能够描述频率成分较复杂的信号的内模，分析可知，虽然扰动信号的频率成分复杂，但都具有重复性的特点，而且在每个基波周期都以完全相同的波形出现。针对这种复杂的信号，可选择式（1-2）作为系统的内模：
(S)1TsTseGe
（1-2）
T 为给定信号的周期，式（1-2）所描述的是一个周期延迟正反馈环节，无论给定信号的形式如何，只要重复的出现，而且频率与基波频率的倍数，那么该内模就会逐周期累加输入信号。即使在给定信号衰减为0时，系统依然能够输出跟前一个周期相同的信号，内模所起的作用和积分环节相似，区别仅在于内模是以基波周期为单位对给定信号进行累加的，所以这种形式的内模能够实现对多种频率信号的跟踪。采用这种特殊形式的内模的闭环控制系统被称为重复控制系统[10]。由于上式中的延时环节采用模拟器件实现起来比较困难，因而在实际应用中都是使用它的离散形式来实现的，如下式（1-3）所示：
(S)1NNzGz
（1-3）
1.2重复控制器结构
内模控制是重复控制系统的关键部分，它的特点是：能够输出稳定持续的控制信号，当系统中的内模是理想内模时，即使外部给定指令为0，内模也能够重复输出前一周期的信号。但是理想内模存在单位圆上的极点，这使得系统处于临界稳定状态，在实际中这种临界状态不可取，当被控对象的参数发生变化时就有可能导致系统不稳定，图1所示的为重复信号发生器基本框图：
++UiU0
图1
重复信号发生器
因为图1所给出的重复信号发生器存在临界稳定状态，不利于系统的控制，
所以在应用中常对内模进行改进，如图2所示：
++UiU0
图2 改进型重复信号发生器
图2中，Q(z)为一阶低通滤波器或者略小于1的常数。
由图4-2输入和输出之间的关系为：
(z)1(z)1(z)zONiUUQ
（1-4）
若取Q(z)=0.95，则由上式可得：
(z)1(z)10.95zONiUU
（1-5）
将1-5式展开得
()0.95()(k)ooiUkUkNU
（1-6）
在图2改进后的内膜上面，加入周期延时环节Nz和补偿器C(z)就构成重复控制系统，其基本结构如下图3所示。
C(z)P(z)R-+++Y
图3 重复控制系统框图
图3中：
R为参考输入信号
Y 为输出信号
E 为偏差信号
N 为每个基波周期的采样次数
Nz为周期延迟环节
Q(z) 为常数或一阶低通滤波器
C(z)为补偿器
P(z)为被控对象 上面图3 中，系统检测到参考输入指令信号R和输出信号Y 之间的偏差信号，然后内模对检测到的偏差信号逐周期进行积分，把以前的偏差储存起来，即使检测到的误差为 0时，系统仍然能够不断输出控制信号，控制信号经过补偿器的校正后，得到幅值和相位正确的控制信号，然后在下一个周期把控制信号加到控制对象上，以消除扰动的影响。 2重复 PI 控制
2.1重复PI控制的思想
逆变器作为发电系统中实现直流到交流变换的关键元件，因其输出电压直接并入电网供负载使用，希望它输出的电能质量越高越好。光伏发电系统不仅要具有高精度的稳态响应，同时还希望它具有快速的动态响应速度。对系统的动态要求主要是希望系统能够快速的跟踪给定的电压指令，在其所供的负载发生变化时能够快速的达到新的稳定状态。前面已经介绍，重复控制能够抑制输出波形的畸变，提高系统的稳态精度。重复控制抑制畸变的原理是先把前一个周期检测的误差储存起来，然后在下一个基波周期开始时刻把前一周期的信号累加后输出控制信号对误差产生校正作用。但是从重复控制系统的结构图中我们可以看到在重复控制系统的前向通道中包含有一个Nz环节，这个周期延迟环节使得控制信号延迟一个周期输出，导致重复控制在得到误差信号后并不能立即发挥作用，而是延迟到下一个周期的某个时刻才产生作用，这样的话，若控制系统中有扰动存在，在扰动的第一个基波周期时间内，系统对扰动并不产生调节作用，系统处于一种开环状态，而且重复控制对误差的积分是逐周期进行的，所以重复控制系统存在动态性能不佳的缺陷[11-12]。为了使并网逆变系统具有良好的动态性能和稳态性能，本文采用重复PI控制策略，在该控制策略中一种控制的主要作用是致力于提高逆变器的动态特性，另一种控制的主要作用则是提高系统的稳态性能，抑制重复性扰动，两者各司其职，且互为补充，全面提升系统的性能。因为PI控制在对误差进行调节时是以开关周期为单位进行的，而重复控制则是以基波周期为单位进行调节的，这两个控制的调节速度不同步，重复控制和PI控制这两个控制在时间上是相互独立的。当系统运行达到稳定时，输出与给定指令之间的误差相对比较小，PI控制基本不对系统产生调节作用，系统的控制主要由重复控制来完成。当系统中所出现的扰动作用比较大时，输出与给定之间的误差突增，重复控制器由于存在一个基波周期的延迟，其输出不会发生突变，这就使系统无法快速的跟踪给定，此时由PI控制器检测到输出与给定的误差突变并立即输出控制信号对误差进行控制。
2.2 PI电流控制器的设计
PI 调节在工程上应用非常广泛，也是我们所熟悉的控制中最成熟的一种调节，其简单直观，容易数字化实现，对于逆变器，选择PI调节器对信号误差进行比例和积分控制是一种简单有效的方式 。
可以用一个惯性环节来表示逆变器的传递函数如式4-21表示 。
1pwmpwmpwmKGTS
并网逆变器定时滞环电流控制纹波抑制技术
低压电器（２０１３Ｎｏ．１０） ・分布式电源・
并网逆变器定时滞环电流控制
纹波抑制技术木
许胜 （泰州Ｉ师范高等专科学校，江苏泰州Ｉ ２２５３００）
摘要：针对并网逆变器输出电流定时滞环跟踪控制过程中电流纹波较大现象， 提出了一种三电平定时滞环电流控制纹波抑制技术。分析了在常规定时滞环电流控 制方法下较大电流跟踪误差６的形成原因，就电流变化率ｄｉ ／ｄｔ对占的影响展开了论 述。提出了通过在电网电势指定区间内增加逆变器交流侧输出电压零电平的方法，降 低ｄｉ ／ｄ ，以减小６，抑制电流纹波。试验结果表明，该技术可使逆变器输出 变小，电 流畸变程度变轻，能有效降低逆变器功率器件的开关损耗。 关键词：并网逆变器；三电平；滞环电流控制；电流纹波 中图分类号：ＴＭ ４６０文献标志码：Ａ文章编号：１００１—５５３１（２０１３）１０－００３４－０４ 许 胜（１９ｒ７６一）， 男，讲师，博士，研究 方向为电力电子技 术在电力系统中的 应用。
Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｒｉｐｐｌｅ Ｓｕｐｐｅｒｓｓｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｐｅｒｉｏｄｉｃ Ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ Ｃｕｒｒｅｎｔ
Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｇｒｉｄ．Ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ Ｉｎｖｅｒｔｅｒ
Ｕ Ｓｈｅｎｇ （Ｔａｉｚｈｏｕ Ｔｅａｃｈｅｒｓ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｔａｉｚｈｏｕ ２２５３００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｈｅａｖｙ ｃｕｒｒｅｎｔ ｒｉｐｐｌｅ ｗｉｌｌ ｅｘｉｓｔ ｕｓｕａｌｌｙ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｐｅｒｉｏｄｉｃ ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｉｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｇｒｉｄ—ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｉｎｖｅｒｔｅｒ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｐｈｅｎｏｍｅｎａ，ａ ｓｏｒｔ ｏｆ ｃｕｒｒｅｎｔ ｒｉｐｐｌｅ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ—ｌｅｖｅｌ ｐｅｒｉｏｄｉｃ ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｓｅｄ ｔｈｅ ｆｏｒｍｉｎｇ ｒｅａｓｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｈｅａｖｙ ｃｕｒｒｅｎｔ ｅｒｒｏｒｓ ８ ｏｆ ｐｅｒｉｏｄｉｃ ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏ１．ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ６ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｈａｎｇｉｎｇ ｒａｔｅ ｗａｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ａ ｃｕｒｒｅｎｔ ｒｉｐｐｌｅ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｍｅａｎｓ ｔｈｒｏｕｇｈ ａｄｄｉｎｇ ｚｅｒｏ ｌｅｖｅｌｓ ｔｏ ｔｈｅ ｏｕｔｐｕｔ ＡＣ ｖｏｌｔａｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｉｎ ｔｈｅ ａｐｐｏｉｎｔｅｄ ｉｎｔｅｒｖａｌｓ ｏｆ ｔｈｅ ｇｒｉｄ ｖｏｌｔａｇｅ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ，ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｎｅｗ ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｅｒｒｏｒｓ ａｒｅ ｒｅｄｕｃｅｄ，ｔｈｅ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｃｕｒｒｅｎｔ ａｒｅ ｄｅｐｒｅｓｓｅｄ ｄｉｓｔｉｎｃｔｌｙ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｌｙ，ｔｈｅ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｌｏｓｓ ｉｓ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｐｅｒｉｏｄｉｃ ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｇｒｉｄ—ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｉｎｖｅｒｔｅｒ；ｔｈｒｅｅ－ｌｅｖｅｌ；ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ；ｃｕｒｒｅｎｔ ｒｉｐｐｌｅ
光伏并网系统结构及单相并网逆变器并网控制方法
第 1 页 共 2 页 光伏并网系统结构及单相并网逆变器并网控制方法
1.1 光伏并网系统结构分析
光伏并网系统的结构方面其主要是通过并网逆变器以及光伏阵列等继电爱护装置所构成，并网逆变器主要是把光伏电池所发的电能逆变成正弦电流并入到电网当中，而电压型的逆变器则是通过电力电子开关器件连接电感所构成，并且是通过脉宽调制形式来向电网进行送电的。其中的光伏列阵构成要素则是在并网系统当中比较重要的部件，主要就是把光能转换成电能;除此之外还有掌握器以及继电爱护装置，前者是光伏发电系统的核心部件，掌握器主要是对光伏电池最大功率点跟踪掌握，保证电能间的平衡，而后者则是对光伏系统以及电力网平安性的保证。
1.2 单相并网逆变器并网掌握方法探究
为能够将并网逆变器的性能得到有效提升，对并网掌握的方法主要就是电流跟踪掌握方法，在这一方法中的电流滞环掌握法是较为常用的。在电流滞环掌握方法的原理上主要就是把实际电流信号和所需给定指令电流信号加以比较，假如是输出电流处在正弦波上半周期电流信号比滞环电流限定上限大，就可通过T2、T3管进行导通，这样就能够使得电流信号由此而减小。滞环电流的掌握系统主要就是双闭环结构，其外环是直流电压掌握环，而内环则是沟通电流掌握环，滞环电流掌握核心就是通过电流差值进行掌握开关管的占空比，所以在实时性方面就能够有讲好的呈现。 第 2 页 共 2 页 再有就是固定开关频率法，这一掌握方法主要是将所给定正弦参考电流信号和实测电流信号进行比较，在得到的误差经过电流掌握器进行处理之后和固定频率三角波信号实施比对，产生谐波的频率在固定开关频率掌握作用下是固定的，可通过设计对某频段滤波器使其频段谐波能够最大化衰减，这一方法功率管开关的消耗也相对较少。虽然这一掌握方法有着肯定的缺陷但经过优化就能够解决实际的问题，主要是在之前的基础上进行添加电压前馈，从而来让电流无差时保持输出的状态，最终产生所需要的信号。
光伏电站并网逆变器功率控制
光伏电站并网逆变器功率控制
光伏电站并网逆变器功率控制是光伏发电系统中一个重要的技术环节。它的作用是将太阳能光伏板所产生的直流电转换为交流电，并输出到电网中供用户使用。在光伏电站中，逆变器是一个核心设备，它具有功率控制的功能，能够根据光伏板的输出功率、电网的负荷情况以及系统的安全性要求等因素，动态地调整逆变器的功率输出，以保证系统的运行稳定和安全。本文将对光伏电站并网逆变器功率控制的原理和方法进行探讨。
一、光伏电站的运行原理
在光伏电站中，光伏板接收太阳能辐射，将太阳能转化为电能。由于光伏板的输出是直流电，而电网需要的是交流电，因此需要使用逆变器将直流电转换为交流电，并将其输出到电网中。
光伏电站的运行非常依赖于光照强度和太阳的角度。当太阳照射光伏板时，光子会与光伏板上的半导体材料发生光电效应，产生电子-空穴对。通过将这些电子-空穴对引导到电池片中，就可以形成电流。这就是光伏板产生电能的基本原理。
二、光伏电站并网逆变器功率控制的意义
光伏电站并网逆变器功率控制在光伏发电系统中具有重要的意义。它能够根据光伏板的输出功率和电网的负荷情况，动态地调整逆变器的功率输出。这样可以确保光伏电站对电网的稳定供电，并能够将多余的电能注入到电网中。另外，光伏电站并网逆变器功率控制还能够提高系统的安全性，避免超载和故障等问题的发生。
三、光伏电站并网逆变器功率控制的方法
光伏电站并网逆变器功率控制的方法主要包括响应式功率控制和主动功率控制两种。 响应式功率控制是根据电网电压和频率的变化来调节逆变器的输出功率。当电网电压或频率发生变化时，逆变器能够根据这些变化自动调整输出功率，以保证光伏电站对电网的稳定供电。这种方法的优点是实现简单、成本低，但其响应速度相对较慢。
主动功率控制是通过控制逆变器的工作方式和输出功率，来实现对光伏电站的功率控制。在这种方法中，逆变器可以通过监测光伏板的输出功率和电网的负荷情况，来动态地调整逆变器的功率输出。这种方法的优点是响应速度快、控制精度高，但是其实现复杂度和成本相对较高。
SPWM电流跟踪并网逆变控制技术研究
第３１卷第１期 ２０１１年Ｏ２月 西安工业大学学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｘｉ’ａｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｖｏ１．３１ Ｎｏ．１ Ｆｅｂ．２０１１
文章编号 １６７３—９９６５（２０１１）０１—０７４—０４
ＳＰＷＭ电流跟踪并网逆变控制技术研究
高嵩，王辉，何宁，陈超波
（西安工业大学电子信息工程学院，西安７１００３２）
摘要： 针对传统的正弦脉冲宽度调制（Ｓｉｎｕｓｏｉｄａｌ Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ，ＳＰＷＭ）电流
跟踪并网逆变控制方法的电流响应较慢，跟随误差较大，易受电网电压影响的问题，提出了一
种改进的ＳＰＷＭ电流瞬时值跟踪控制方法．介绍了单相并网逆变主电路拓扑结构，对改进型
ＳＰＷＭ电流控制方式进行了描述和分析，建立了并网电流闭环控制系统的数学模型．系统中
运用了闭环控制模式，加入了电压前馈补偿环节，通过控制逆变系统的输出电流以跟踪市电的
变化，与电网电压同频、同相．仿真结果表明，改进后的方法输出电流波形谐波畸变含量为
Ｏ．２６ ，加入ＰＩ控制环节的调整时间为０．２ Ｓ．
关键词： 并网逆变器；电流跟踪控制；ＳＰＷＭ；谐波畸变
中图号：ＴＭ９２ 文献标志码： Ａ
目前国外光伏并网逆变器产品的研发主要集
中在最大功率跟踪和逆变环节集成的单极能量变
换上 ＿】］，功率主要为几百瓦到五千瓦的范围，控制
电路主要采用数字控制，注重系统的安全性、可靠
性和扩展性，且具有各种完善的保护电路．光伏发
电并网系统在我国还没有真正投入商业化运行，目
前所建光伏并网系统均为示范工程．逆变器的数字
化控制己经研究了多年，实时数字控制中采用软件
算法来实现反馈控制．采用数字信号处理器（Ｄｉｇｉｔ—
ａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ，ＤＳＰ）不仅可以比较方便地实
现控制目的，而且大大简化了控制电路的设计，提
高了可靠性．
随着太阳能的利用越来越受到人们的广泛重
并网逆变器二次谐波电流的抑制方法
并网逆变器二次谐波电流的抑制方法
摘要：本文了分析并网逆变器谐波产生的原因及危害，介绍配电网分布式谐波VDAPF治理模式，阐述了并网逆变器二次谐波电流的消除方法，仅供参考。
关键词：并网逆变器；二次谐波电流；抑制方法
引言
随着新能源发电占比的提升，更多的电力电子变换器接入了电网。与传统的发电设备不同，电力电子变换器引入了大量开关管等非线性器件，输出信号的频谱更加复杂。若控制不当，将导致电网的谐波污染。谐波的危害包括降低电网的电能传输效率，甚至引发电网的稳定性和安全性问题。例如，电流谐波会造成变压器、发电机和电机涡流损耗以及磁芯损耗的增加，加速绝缘老化；在电网局部引发谐振，可能引发电网事故；增加电流的有效值进而使得传输线路的损耗增加等。
1配电网分布式谐波VDAPF治理模式概述
配电网分布式谐波VDAPF治理模式包含4个环节，分别为逆变器设置、谐波电压检测、指令电流计算和电流跟踪控制，具体的结构原理见图1。图中C为直流电源的电容器；Cf为滤波电流的电容器；Udc为直流电源的电压；uG为谐波输入电压；uh为谐波输出电压；u*I为谐波输出指令电压；iG为谐波输入电流；i*h为谐波输出指令电流；Lf为输出电感。从图中可以看出，配电网分布式谐波VDAPF治理模式的基本核心是在电网和大地之间设置了一个控制增益k，它的本质是电导，使得电网系统中的谐波输出电压uh转换为谐波输出指令电流i*h，为谐波提供了一个虚拟电导。
图1配电网分布式谐波VDAPF治理模式
2谐波产生原因分析
传统的并网逆变器的控制框图如图2所示，图中，vdc表示直流母线电压，vga、vgb、vgc分别表示三相电网电压，va、vb、vc分别表示三相交流电容电压，iLa、iLb、iLc分别表示三相电感电流，ia、ib、ic分别表示三相电网电流，PLL表示锁相环。
图2传统的并网逆变器的控制框图
可以计算得到，忽略d轴和q轴之间的耦合项，传统的并网逆变器在同步旋转坐标系下的控制模型如图2所示，图中Nvd(s)和Nvq(s)表示由电压采样误差引起的扰动，Nid(s)和Niq(s)表示由电流采样误差引起的扰动，L表示滤波电感值，C表示滤波电容值，KPWM表示PWM系数，Td表示控制系统的延时，等于一个采样周期，Gi(s)表示控制器的传递函数，这里采用PI控制，即Gi(s)=Kp+Ki/s，其中Kp和Ki分别表示PI控制器的参数。
基于Simulink光伏并网逆变器滞环电流控制的研究
作为光伏发电系统中的关键环节，并网逆变器及其控制技
术越来越受到关注。并网发电运行的主要控制问题是逆变器输
出正弦波电流(即并网电流)控制技术，要求并网电流能实时跟踪
电网电压频率、相位，且电流的总畸变失真要低，以减小对电网
的谐波影响。因此对光伏并网发电系统的逆变器控制策略的研
究具有重要的实际意义。1光伏并网逆变系统1．1并网逆变系统拓扑结构
并网拓扑结构如图1所示，光伏电池阵列吸收太阳能并把
它转化为电能，经过DC－DC直流升压变换电路，和DC－AC逆
变电路，输出所需交流电能，并将其接在电网上即可实现太阳能
并网发电。
图1光伏并网发电的拓扑结构1．2DC－AC逆变器
本文所研究的3kW光伏并网逆变系统［1］，光伏电池板将吸
收的光能转化为稳定的直流电压，通过DC－DC升压电路，将电
压输出幅值控制在380V左右波动，且此380V直流电压加在DC－AC逆变电路上，通过电流反馈控制和无源滤波器滤波，与
电网连接并向负载供电。
其中逆变器的设计核心是逆变桥电路，这里采用全桥电路，
通过对全桥DC－AC电路的IGBT开关管进行通断控制，将直
流电能转化成交流电能后通过滤波器滤波进行并网。逆变器与
电网并联运行的输出控制可分为电压控制和电流控制，而电压
控制须采用锁相控制技术来实现与电网电压的同步，但是锁相
环控制动态响应慢、且逆变器输出电压值不易精确控制、可能出
现环流等问题，故该逆变器的输出控制采用的是电流控制，只需
控制逆变器的输出电流跟踪电网电压便可达到并网运行的目的。本文采用滞环比较方式对逆变器输出电流进行控制。2光伏并网逆变器电流滞环控制原理
电流滞环控制是一种闭环电流跟踪控制方法，它具有硬件
结构简单、动态响应速度快、电流跟踪精度高、不依赖负载参数
和不用载波等优点，适合于逆变器并网运行控制［2－3］。
滞环比较控制原理图如图2所示。
图2滞环比较原理给定参考电流iref和实际检测反馈并网电流iL进行比较，两
者的偏差作为滞环比较器的输入，通过滞环比较器产生控制并
并网逆变器的控制系统及控制方法与制作流程
图片简介:
本技术介绍了一种并网逆变器的控制系统及控制方法，所述的控制系统包括：检测单元、锁相单元、计算
单元、乘法器、复位积分器、比较器、RS
触发器以及选择开关，选择开关对RS
触发器的信号经过选择后得
到逆变系统中开关S1
、S2
、S3
、S4
的驱动信号g(S1)
、g(S2)
、g(S3)
、g(S4)
，其中，选择的依据由电网电压
ug
提供，通过在每个开关周期保持输入电路的能量与输出能量和电路中消耗及储存的能量相等来实现并网
逆变器的控制。本技术实现了对可再生能源等直流源不稳定，且电网存在波动情况的并网系统的控制，能
够抑制直流侧电源不稳定对并网电流的影响，且提高了并网电流对于电网波动的动态响应速度。
技术要求
1.
一种并网逆变器的控制系统，其特征在于，所述的控制系统包括：检测单元、锁相单元、计算单元、
乘法器、复位积分器、比较器、RS
触发器以及选择开关，其中，
所述的检测单元和选择开关与逆变系统相连，所述的检测单元检测得到逆变系统的并网电压ug
、逆变器
输出侧A
、B
点之间的电压uAB
和电感电流il
，所检测到的信号发送给计算单元以及经过乘法器后送入复
位积分器；
所述的锁相单元与所述的检测单元相连，用于对所检测的并网电压的相位和频率进行锁定，用以确定给
定并网电流的相位和频率；所述的计算单元、乘法器和复位积分器用于计算及处理所述的检测单元和锁
相单元所得到的信号，所述的计算单元和所述的复位积分器的输出端分别与所述的比较器的两个输入端
相连；
所述的比较器用于对所述的计算单元和复位积分器处理得到的信号进行对比，用于提供所述的RS
触发器
的R
端信号，R
端为RS
触发器的复位端；RS
触发器的S
端连接时钟信号，RS
触发器的输出Q
端和端与
所述的选择开关相连，所述的选择开关对RS
触发器的信号经过选择后得到逆变系统中开关S1
、S2
、S3
、
S4
的驱动信号g(S1)
、g(S2)
、g(S3)
、g(S4)
。2.
根据权利要求1
所述的并网逆变器的控制系统，其特征在于，当时钟信号为高电平时，所述的RS
单相光伏并网逆变器的控制算法
＜电气开关）（２０１２．Ｎｏ．１） ７１
文章编号：１００４—２８９Ｘ（２０１２）Ｏ１—００７１一ｏ３
单相光伏并网逆变器的控制算法
封淑亭 ，郭迎辉
（１．石家庄供电公司，河北石家庄０５００５１；２．保定供电公司，河北保定０７１０５１）
摘要：首先分析了并网逆变器拓扑结构及数学模型，然后将并网控制策略进行了分类，针对直接电流控制进行
了进一步深入研究，详细阐述了滞环控制和无差拍控制两种控制策略。 关键词：光伏；并网；逆变器；控制
中图分类号：ＴＭ４６４ 文献标识码：Ｂ
Ａ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｉｎｇｌｅ－ｐｈａｓｅ Ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ Ｇｒｉｄ Ｉｎｖｅｒｔｅｒ ’
ＦＥＮＧ Ｓｈｕ—ｔｉｎｇ ，ＧＵＯ Ｙｉｎｇ．ｈｕｉ
（１．Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ ０５００５ １，Ｃｈｉｎａ；２．Ｂａｏｄｉｎｇ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ Ｃｏｍｐａ－
ｎｙ，Ｂａｏｄｉｎｇ ０７１０５１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｉｒｓｔ，ｔｈｅ ｔｏｐｏｌｏｇｉｃａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｄ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ａｙｅ ａｎａｌｙｚｅｄ，ｔｈｅｎ ｔｈｅ
ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｇｒｉｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｉｓ ｃｌａｓｓｉｆｉｅｄ．Ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔ ｃｏｎｔｒｏｌ，ｗｅ ｈａｖｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｉｎ ａ ｄｅｅｐｇｏｉｎｇ ｗａｙ ａｎｄ ｄｅｔａｉｌｅｄ ｔｈｅ ｔｗｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅａｄ ｂｅａｔ ｃｏｎｔｒｏ１．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ；ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｇｒｉｄｇｒｉｄ；ｉｎｖｅｒｔｅｒ；ｃｏｎｔｒｏｌ
风力发电并网逆变器预测电流控制方法研究
第４４卷第１０期 ２０１０年１０月 电力电子技术 Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｖｏ１．４４，Ｎｏ．１０ Ｏｃｔｏｂｅｒ ２０１０
风力发电并网逆变器预测电流控制方法研究
刘春海，梁 晖 （北京交通大学，电气工程学院，北京 １０００４４）
摘要：建立了风力发电变流系统中三相电压型并网逆变器的数学模型，采用两相静止坐标系下预测电流控制 的方法对其进行控制。该方法将周期内的电流误差转化为电压信号，作为电压空间矢量脉宽调制的给定，令下 一周期实际电流跟踪参考电流，从而使逆变器具有快速的动态响应，实现了高功率因数，获得稳定的输出电 压。仿真和实验结果验证了该方法的正确性和可行性。 关键词：逆变器；风力发电：预测电流控制；空间矢量脉宽调制 中图分类号：ＴＭ４６４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００—１００Ｘ（２０１０）１０—０００６—０３
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｐｒｅｄｉｃｔｅｄ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ Ｇｒｉｄ Ｉｎｖｅｒｔｅｒ
ｉｎ Ｗｉｎｄ Ｐｏｗｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｉ０ｎ
ＬＩｕ Ｃｈｕｎ．ｈａｉ．ＬＩＡＮＧ Ｈｕｉ （Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｏ＇ｉｎｇ １０００４４，Ｃｈｉｎａ） ‘ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｓ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｒｅｅ—ｐｈａｓｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｓｏｕｒｃｅ ｇｒｉｄ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｉｎ ｗｉｎｄ ｐｏｗｅｒ ｇｅｎｅｒａ— ｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｉｓ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ ｓｔａｔｉｃ ｔｗｏ—ｐｈａｓｅ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ．Ｉｎ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｉｓ ｃｙｃｌｅ ｉｓ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄ ｔｏ ｖｏｌｔａｇｅ ｓｉｇｎａｌ ａｓ ｉｎｐｕｔ ｏｆ ＳＶＰＷＭ，ＳＯ ａｓ ｔｏ ｆｏｒｃｅ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｏｆ ｎｅｘｔ ｃｙｃｌｅ ｆｏｌｌｏｗ ｔｈｅ ｔｒａｃｋ ｏｆ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ．Ａｓ ａ ｒｅｓｕｌｔ，ｔｈｅ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｈａｓ ｔｈｅ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｆａｓｔ ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅｓｐｏｎｓｅ， ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ ｆａｃｔｏｒ，ａｎｄ ｓｔａｂｌｅ ｏｕｔｐｕｔ ｖｏｌｔａｇｅ．Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｖａｌｉｄ ａｎｄ ｆｅａｓｉｂｌｅ。 Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｎｖｅｒｔｅｒｓ；ｗｉｎｄ ｐｏｗｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ；ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ；ｓｐａｃｅ ｖｅｃｔｏｒ ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ
风力发电并网逆变器控制策略分析
风力发电并网逆变器控制策略分析
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风力发电并网逆变器控制策略是风力发电系统中至关重要的一部分，它负责将风力发电机产生的交流电转换为与电网同频率、同相位的电能，并将其注入电网中。这篇文章将通过逐步思考的方式介绍风力发电并网逆变器控制策略。
首先，风力发电机产生的交流电通常具有不稳定的频率和相位。由于电网的频率和相位要求非常严格，因此逆变器需要先对输入的交流电进行稳定化处理。这一步骤通常包括使用滤波器来去除交流电中的谐波和电压波动，从而得到稳定的交流电。
接下来，逆变器需要将稳定的交流电转换为直流电。为了实现这一转换过程，通常使用整流器来将交流电转换为直流电。整流器可以采用半控制或全控制技术，具体选择哪种技术取决于系统的需求和设计。
一旦交流电转换为直流电，逆变器需要将其转换回交流电，并与电网同步。为了实现这一步骤，逆变器通常采用PWM（脉宽调制）技术。PWM技术可以通过控制逆变器的开关器件，调整输出电压的幅值和频率，使其与电网同步。 ----宋停云与您分享----
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然而，仅仅与电网同步是不够的，逆变器还需要满足一些其他的要求。首先，逆变器需要根据电网的需求调整输出功率。这通常需要使用电流控制技术，通过调整逆变器的输出电流，使其满足电网的功率需求。
其次，逆变器还需要实现无功功率控制。无功功率是指电网中的虚功，它是维持电网电压稳定的重要因素。逆变器可以通过调整输出电流的相位，来控制无功功率的注入。
最后，逆变器还需要实现对电网中的故障和异常事件的保护。例如，当电网发生短路或过载时，逆变器需要能够及时切断与电网的连接，以确保系统的安全运行。
综上所述，风力发电并网逆变器控制策略包括稳定化处理、整流、PWM技术、功率控制、无功功率控制以及系统保护等多个步骤。通过合理地设计和控制逆变器，可以实现风力发电系统与电网的有效并网，从而实现可靠、稳定的电力供应。