- 頭條新型雙模PI控制器，可有效抑制諧波，提高電能質量2019-08-15 作者：王吉彪、陳啟宏等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語武漢理工大學自動化學院的研究人員王吉彪、陳啟宏等，在2018年第23期《電工技術學報》上撰文（論文標題為“基于內模原理的并網逆變器雙模PI控制”）指出，網逆變器是分布式發電系統與電網之間的重要接口，其輸出電能質量直接關系到電網的可靠運行。為抑制逆變器引入電網的諧波，該文針對并網逆變器周期性信號的精確控制問題開展研究，結合常規PI控制器以及內模原理控制器的優點，將奇、偶次諧波內模作為積分環節并取代常規PI控制中的積分器，構造出基于內模原理的雙模PI控制器。該雙模PI控制器既具有常規PI響應速度快、魯棒性好以及參數設計簡單的優點，又可以實現對周期信號的無靜差跟蹤控制，能夠有效抑制電網諧波擾動。同時，雙模PI控制器可實現對奇、偶次諧波的獨立控制，具有優異的諧波抑制效果。仿真與實驗驗證了該方法的有效性。
并網逆變器是分布式發電系統與微電網間的重要接口，隨著光伏、風電等新能源發電系統的迅猛發展，并網逆變器在微電網中的應用越來越普遍，同時對其控制精度及諧波抑制提出了更高的要求。
PI控制器廣泛應用于逆變器控制中，但易產生靜差，并且諧波抑制效果不佳。逆變器控制信號和擾動信號通常為周期信號，基于內模原理的諧振控制器、重復控制器等，因可以實現對周期信號的無靜差控制，受到了廣泛的關注。
文獻[5]設計的變流器比例積分諧振控制器，實現了對基波信號的無靜差跟蹤以及對低次諧波的抑制，但是要有效抑制更多特定階次的諧波擾動，需增加額外的諧振環節。重復控制對于特定頻率的諧波具有相同的控制增益，為了提高魯棒性，實現對某一頻率段的諧波抑制，文獻[6]提出了單相并網逆變器基于奇次諧波內模的重復控制。
文獻[7]針對三相并網逆變器的奇次諧波內模控制進行了研究。文獻[8]將范圍進一步縮小，提出了nk+1次諧波內?？刂?。針對奇偶次諧波同時存在的情況，文獻[9]提出雙模重復控制實現對奇、偶次諧波的單獨控制，相比于傳統重復控制，雙模重復控制對于奇、偶次諧波具有獨立的控制增益。文獻[10]提出采用雙模重復控制器和移相濾波器組成的并行結構抑制奇、偶次電流諧波。但是上述重復控制存在一個或半個基波周期的延時，動態性能較差。
雖然重復控制可以實現對周期信號的無靜差跟蹤控制，但是存在動態性能差等缺陷。為了解決上述問題，文獻[11]研究了重復控制相位超前矯正，文獻[12]提出一種分數階相位補償解決方案，相比于上述相位超前補償器，補償更加精確和靈活。文獻[13]提出了針對三相恒壓恒頻脈寬調制逆變器的分數階相位補償。
為適應電網頻率的變化，文獻[14-16]對頻率自適應重復控制策略進行了研究。文獻[17]將比例諧振控制器與重復控制相結合，利用比例諧振控制器實現基波信號的無靜差跟蹤，重復控制抑制電網諧波擾動。針對重復控制存在一個基波周期的延時問題，文獻[18]將重復控制嵌入狀態反饋控制系統中，同時實現高動態響應和高穩態波形精度。
文獻[19-21]將重復控制與PI相結合應用于電力電子變換裝置控制中，其具有兩種控制方式的優點，使控制精度和動態性能得到了顯著提高，能夠實現很好的動態性能和精度，但是由于控制器之間存在參數耦合，使得復合控制系統設計非常復雜。針對該問題，文獻[22]提出基于改進型重復控制算法的并網逆變器設計，但是不能對奇偶次諧波進行單獨控制。
傳統的同步旋轉坐標系PI控制能夠實現對交流的無靜差控制并具有很好的動態響應，但是不適用于一些需要四橋臂進行單獨控制的場合，且無法對各次諧波進行有效抑制。包含重復控制的復合控制器具有很好的控制效果，且克服了重復控制動態性能差的缺點，但是控制系統設計復雜。
本文針對現有控制策略的不足，結合PI控制器和重復控制器的優點，提出了三相四橋臂并網逆變器基于內模原理的雙模PI控制策略，采用奇、偶次諧波內模代替常規PI控制器的積分環節，設計分別抑制奇次、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逆變器
圖21 實驗平臺
結論
本文針對常規PI控制器存在的靜差及諧波問題，設計了雙模PI控制器。仿真和實驗證明，本文提出的基于內模原理的雙?？刂破骺梢詫崿F對周期信號的無靜差跟蹤控制，具有響應速度快、魯棒性好及設計簡單等優點。同時，因其具有奇、偶次諧波內模，可實現對奇偶次諧波的獨立控制，有效抑制諧波，提高電能質量。
