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改进重复控制在并网逆变器中的应用 | MDPI Electronics

已有 1052 次阅读 2023-7-25 17:24 |个人分类:学术软文|系统分类:论文交流

原文出自Electronics期刊：

Zhang, H.; Zhao, Q.; Wang, S.; Yue, X. Improved Repetitive Control for an LCL-Type Grid-Tied Inverter with Frequency Adaptive Capability in Microgrids. Electronics 2023, 12, 1736.https://doi.org/10.3390/electronics12071736

文章导读

并网逆变器作为微电网系统重要能量转换设施，其稳定运行及入网电流质量相关的研究受到了国内外学者的广泛关注。基于内模原理的重复控制(Repetitive control, RC) 因拥有对周期信号无误差跟踪或抑制的特点，能够使并网逆变器输出高质量的入网电流。然而，RC内模中的延迟环节使其动态性能较差，且RC对周期信号的基频频率波动较为敏感，在电网频率波动其控制性能下降严重。

针对这两个问题，“Power System Dynamics and Stability (电力系统动力学与稳定性)”Topics中的一篇文章，提出了拥有频率自适应能力的改进RC (Frequency adaptive improved RC, FA-IRC)。

研究过程与结果

为了提高RC的动态性能，作者提出了改进内模的RC与比例环节并联的控制策略。在相同条件下 (Q(z)=0.99)，谐振频率处，改进内模RC的开环增益是传统RC (Convention RC, CRC) 的两倍，如图1所示，因而改进内模RC具有更好的谐波抑制和基波跟踪能力。

图1. IRC的内部结构图与伯德图分析。(a) 内部结构图；(b) 伯德图。

为进一步提高改进内模RC的动态响应能力，改进内模RC并联比例控制器，构成改进RC (Improved RC, IRC)，其系统控制框图如图2所示。

图2. IRC的系统控制框图。

此外，为了提高IRC的抗电网频率波动的能力，采用基于拉格朗日插值法的有限脉冲响应滤波器 (Finite impulse response, FIR) 近似实现IRC内模中的离散分数阶延迟，构成频率自适应IRC (Frequency adaptive IRC, FA-IRC)，使FA-IRC具有频率自适应能力，系统总体控制框图如图3所示。

图3. FA-IRC的系统控制框图。

为了验证所提出的FA-IRC的可行性与有效性，研究团队搭建了基于MATLAB/Simulink的单相逆变器控制系统。在频率波动0.4 Hz情况下，所提出的FA-IRC的输出波形和电流谐波分析如图4和图5所示，其输出电流THD为0.59 %和0.70 %，这说明FA-IRC系统拥有不错的抗频率波动的能力。同时，与准比例谐振 (Quasi-proportional resonant, QPR)、CRC、改进内模滤波器重复控制 (Improved RC, IRC)、基于无限脉冲响应 (Infinite impulse response, IIR) 滤波器的频率自适应IRC进行了比较，其输出电流谐波总含量 (Total harmonic distortion, THD) 结果如表1所示。表1显示，所提出的FA-IRC在频率波动下依然能够输出高质量的入网电流。同时，为了验证FA-IRC的动态性能，图5给出了参考电流的振幅从20A下降到10A时，FA-IRC在不同的频率下的输出电流波形和电流误差图，可以看出FA-IRC系统可以在80 ms内达到稳定，系统拥有不错的动态响应速度。