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1、(10)申请公布号 CN 103337875 A(43)申请公布日 2013.10.02CN103337875A*CN103337875A*(21)申请号 201310239056.8(22)申请日 2013.06.17H02J 3/38(2006.01)(71)申请人合肥工业大学地址 230009 安徽省合肥市屯溪路193号(72)发明人张兴 汪杨俊 余畅舟 徐海珍乔彩霞(74)专利代理机构合肥和瑞知识产权代理事务所(普通合伙) 34118代理人王挺(54) 发明名称基于重复控制和干扰观测器的并网逆变器组合控制方法(57) 摘要本发明公开了基于重复控制和干扰观测器的并网逆变器组合控制方法，包
2、括：（1）采集电网电压、并网电流以及电容电流；（2）将电网电压经过PLL锁相得到电网电压相位角，并网电流和电容电流通过坐标变换至坐标系下；（3）将电网电压相位角和坐标系下的并网电流及其直流参考信号通过重复控制调节；（4）将重复控制的输出量与干扰观测器的输出量相减再与坐标系下的电容电流相减；（5）最终相减后的输出量通过坐标变换回到abc坐标系，生成PWM脉冲控制三相全桥逆变器输出，从而使分布式发电系统并网发电。本发明使整个并网控制系统动态性能好、稳态精度高并且鲁棒性强，是一种准确高效的逆变器控制方法，具有光明的发展前景。(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书5页 附图4页(19)中华人民共
3、和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书5页 附图4页(10)申请公布号 CN 103337875 ACN 103337875 A1/1页21.基于重复控制和干扰观测器的并网逆变器组合控制方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：步骤1：采集当前电网电压ea,eb,ec、并网电流i2a,i2b,i2c以及电容电流icfa,icfb,icfc；步骤2：将电网电压ea,eb,ec经过锁相环PLL锁相得到电网电压相位角，并网电流i2a,i2b,i2c和电容电流icfa,icfb,icfc通过坐标变换至坐标系下；步骤3：将电网电压相位角，坐标系下的并网电流i2,i2以及并网电流参考信号
4、i2dref,i2qref通过重复控制调节；步骤4：将重复控制的输出量减去干扰观测器的输出量得到相减量C,C，再将所述相减量C,C分别减去相对应的坐标系下的电容电流icf,icf，所述的C,C和坐标系下的并网电流i2,i2作为干扰观测器的输入信号；步骤5：将步骤4中所述的相减量C,C分别减去相对应的坐标系下的电容电流icf,icf，得到的输出量通过坐标变换回到abc坐标系，生成PWM脉冲控制三相全桥逆变器输出，从而使分布式发电系统并网发电。2.根据权利要求1所述的基于重复控制和干扰观测器的并网逆变器组合控制方法，其特征在于：其中步骤3中所述的重复控制为改进型重复控制，其结构是将传统的“嵌入式”
5、重复控制结构中的镇定补偿器krzk1s(z)拆成了两部分，分别为幅值补偿krs(z)和相位补偿zk1，指令前馈通道放在幅值补偿krs(z)和相位补偿zk1两者之间，并且指令前馈通道上新增纯比例环节kp和相位超前环节zk。所述纯比例环节kp与镇定补偿器中的比例环节kr满足：kpkr1所述的相位超前环节zk与镇定补偿器中的相位补偿zk1完全相等，即满足：kk1所述的相位超前环节zk是对并网电流参考信号i2dref,i2qref的k拍超前，在坐标系下，并网电流参考信号i2dref,i2qref的k拍超前可利用电网电压相角加上一个角度再经过dq-变换来实现，这样即实现了并网电流指令信号的k拍超前，又可
6、以进行有功和无功控制，其中：其中：k为所述的相位超前环节zk中的k，T为采样周期，T1为一个基波周期，即0.02秒。权 利 要 求 书CN 103337875 A1/5页3基于重复控制和干扰观测器的并网逆变器组合控制方法技术领域0001 本发明涉及基于重复控制和干扰观测器的并网逆变器组合控制方法，属电力行业技术领域。背景技术0002 随着光伏并网发电系统应用越来越广泛，像国际电工委员会提出的IEC61727-2004以及国家关于光伏系统并网技术要求都对并网电流谐波有着严格的要求。目前，对于逆变器的控制大多采用电流控制方案，其控制策略有：PID控制、电流滞环控制、状态反馈控制、无差拍控制、比例谐
7、振控制、滑模控制、重复控制、以及其它智能控制等。其中对谐波有较好处理能力的有比例谐振控制和重复控制。0003 比例谐振控制利用谐振环节在谐振频率点提供的高增益实现对该频率信号的无静差控制，因此能够处理各次谐波；然而它的缺点是：若需要对若干个谐波信号进行跟踪就需要对应数量的控制器，导致系统结构复杂、实现困难，增加了DSP的计算负担，并且当需要补偿的谐波靠近剪切频率时，比例谐振控制的高增益峰值会影响系统的稳定性。0004 重复控制是一种基于内模原理的控制方法，只需一个内模就可以对所有谐波进行处理，系统结构简洁；它的突出特点是稳态特性好，因此在静止无功补偿器、有源电力滤波器、并网逆变器中广泛应用。但
8、重复控制有一个致命的弱点，就是它的控制实时性差，动态响应速度慢。目前大量研究工作致力于对重复控制的改进，而改进的思路大都集中在两个方面：一是对重复控制内模的改进；二是组合控制方法。0005 张帆在标题为“SPWM逆变器的重复控制方法研究”（硕士学位论文，浙江工业大学，2011）的文章中提出了1/4周期重复控制，提高了系统的动态响应，但是重复控制器的设计复杂。0006 Shuai Jiang，Dong Cao and Yuan Li等人在标题为“Low-THD,Fast-Transient,and Cost-Effective Synchronous-Frame Repetitive Contr
9、oller for Three-Phase UPS Inverters,”（IEEE Trans.Power Electron.,vol.27,no.6,pp.29943005,June.2012）的文章中提出了1/6周期重复控制，更进一步提高了系统的动态响应，但是需要进行6次坐标变换，且有6个重复控制器，控制结构复杂。0007 张鹏,金海,梁星星,余峰等人在标题为“基于PI+重复控制的光伏并网逆变器设计”（控制技术，2011,31(8):4851）的文章中提出了重复控制与PI相并联的组合控制策略，但两调节器之间的相互干扰会造成稳态性能指标的下降。0008 此外还有基于状态反馈与重复控制的组合
10、控制方法，但状态反馈效果依赖于控制对象模型的精确建立，鲁棒性差，在工程上很难广泛应用。因此现有的重复控制策略及其组合控制方法无法兼顾良好的动态特性，精确的稳态控制精度和较强的鲁棒性。发明内容说 明 书CN 103337875 A2/5页40009 本发明的目的旨在解决现有技术中所存在的上述技术缺陷，并通过对重复控制的改进，提高并网控制系统的动态性，增强其鲁棒性。0010 为达到以上目的，本发明采用了以下技术方案。0011 本发明提供了基于重复控制和干扰观测器的并网逆变器组合控制方法，包括如下步骤：0012 （1）采集当前电网电压ea,eb,ec、并网电流i2a,i2b,i2c以及电容电流icf
11、a,icfb,icfc；0013 （2）将电网电压ea,eb,ec经过锁相环PLL锁相得到电网电压相位角，并网电流i2a,i2b,i2c和电容电流icfa,icfb,icfc通过坐标变换至坐标系下；0014 （3）将电网电压相位角，坐标系下的并网电流i2,i2以及并网电流参考信号i2dref,i2qref通过重复控制调节；0015 （4）将重复控制的输出量减去干扰观测器的输出量得到相减量C,C，再将所述相减量C,C分别减去相对应的坐标系下的电容电流icf,icf，所述的C,C和坐标系下的并网电流i2,i2作为干扰观测器的输入信号；0016 （5）将（4）中所述的相减量C,C分别减去相对应的坐标
12、系下的电容电流icf,icf得到的输出量通过坐标变换回到abc坐标系，生成PWM脉冲控制三相全桥逆变器输出，从而使分布式发电系统并网发电。0017 步骤3中所述的重复控制为改进型重复控制，其结构是将传统的“嵌入式”重复控制结构中的镇定补偿器krzk1s(z)拆成了两部分，分别为幅值补偿krs(z)和相位补偿zk1，指令前馈通道放在幅值补偿krs(z)和相位补偿zk1两者之间，并且指令前馈通道上新增纯比例环节kp和相位超前环节zk。0018 所述纯比例环节kp与镇定补偿器中的比例环节kr满足：0019 kpkr10020 所述的相位超前环节zk与镇定补偿器中的相位补偿zk1完全相等，即满足：00
13、21 kk10022 所述的相位超前环节zk是对并网电流参考信号i2dref,i2qref的k拍超前，在坐标系下，并网电流参考信号i2dref,i2qref的k拍超前可利用电网电压相角加上一个角度再经过dq-变换来实现，这样即实现了并网电流指令信号的k拍超前，又可以进行有功和无功控制，其中：0023 0024 其中：k为所述的相位超前环节zk中的k，T为采样周期，T1为一个基波周期，即0.02秒。0025 本发明的改进型重复控制对于输入信号的动态响应速度快并且无超调，理论上可实现零拍跟踪，并且改进的指令前馈通道大大降低了重复控制器的负担，而干扰观测器补偿外部扰动、未建模动态、系统参数变化等不确
14、定性因素，一方面加快系统对扰动信号的响应速度，另一方面保证前级改进型重复控制器的性能，增强了系统的性能鲁棒性。因此本发明能够使整个并网控制系统动态性能好、稳态精度高并且鲁棒性强。附图说明说 明 书CN 103337875 A3/5页50026 图1是本发明基于重复控制和干扰观测器的并网逆变器组合控制方法的结构示意图。0027 图2传统的“嵌入式”重复控制结构示意图。0028 图3改进型重复控制结构示意图。0029 图4参考信号的k拍超前实现示意图。0030 图5干扰观测器结构示意图。0031 图6改进型重复控制并网电流动态响应仿真图。0032 图7改进型重复控制并网电流稳态误差仿真图。0033
15、 图8改进型重复控制和干扰观测器组合控制方法并网电流动态响应仿真图。0034 图9改进型重复控制和干扰观测器组合控制方法并网电流稳态误差仿真图。具体实施方式0035 下面结合说明书附图对本发明进行具体分析。0036 图1所示为基于重复控制和干扰观测器的并网逆变器组合控制方法的结构示意图，包括如下步骤：0037 （1）采集当前电网电压ea,eb,ec、并网电流i2a,i2b,i2c以及电容电流icfa,icfb,icfc。0038 （2）将电网电压ea,eb,ec经过锁相环PLL锁相得到电网电压相位角，并网电流i2a,i2b,i2c和电容电流icfa,icfb,icfc通过坐标变换至坐标系下。0039 （3）将电网电压相位角，坐标系下的并网电流i2,i2以及并网电流参考信号i2dref,i2qref通过重复控制调节；0040 如图1所示，直流参考信号为i2dref,i2qref，电网电压相位角为，坐标系下的并网电流为i2,i2。图3所示为改进型重复控制结构示意图，为分析方便，只分析坐标系下的控制结构。其中G(z)代替重复控制后面的环节，e为电网电压作为扰动输入处理。其结构是将传统的“嵌入式”重复控制结构（如图2所示）中的镇定补偿器krzk1s(z)拆成了两部分，分别为幅值补偿krs(z)和相位补偿zk1，指令前馈通道放在幅值补偿krs(z)和相位补偿zk1两者
