【正文】 的誤差，主要影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)； 為pK iK積分系數(shù)，表示過去累積的誤差，主要影響系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。采用 PI 控制的并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)控制框圖如下所示：+ irefiipKs?()PWMGs1)圖 313 PI 控制框圖其中， 為逆變器傳遞函數(shù)， 為系統(tǒng)濾波器函數(shù)。()PWMGs1()sPI 控制參數(shù)設(shè)置方式需要根據(jù)電流控制回路的系統(tǒng)特性來設(shè)定，受到系統(tǒng)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)要求的限制，轉(zhuǎn)折頻率和比例增益值只能取較小的范圍。但是該控制方法存在一個(gè)明顯的缺點(diǎn)，即輸出電流的穩(wěn)態(tài)誤差(幅值與相位)較大，不能及時(shí)跟蹤正弦波給定電流。(2) 比例諧振控制傳統(tǒng)的 PI 控制是基于誤差進(jìn)行控制的，也就是指，系統(tǒng)中必然存有一定的穩(wěn)態(tài)誤差。為了克服傳統(tǒng) PI 控制穩(wěn)態(tài)誤差較大的問題，比例諧振控制被人們提出。其傳遞函數(shù)為： (32)2()()1ipKGss???比例諧振控制相當(dāng)于零穩(wěn)態(tài)誤差控制，與其他控制方式相比，該方法最大特色是可以有效抑制并網(wǎng)電流中的直流分量, 而大部分并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)常常忽 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）23略這一點(diǎn)。與 PI 控制方式相比，這種控制方式使控制量在諧振頻率（逆變器系統(tǒng)中位基波頻率）處具有無限大的增益，一次消除穩(wěn)態(tài)誤差。在基波頻率處，具有無窮增益的特性可以使基波頻率處幅頻特性為 1，相頻特性為 0，因此()Gs可以實(shí)現(xiàn)零穩(wěn)態(tài)誤差控制。(3) 滯環(huán)控制滯環(huán)控制是一種實(shí)時(shí)控制方式。系統(tǒng)采用滯環(huán)比較器進(jìn)行控制，屬于閉環(huán)控制。滯環(huán)電流控制是把交流電流實(shí)際輸入信號與給定電流信號進(jìn)行比較，誤差作為滯環(huán)比較器輸入，由滯環(huán)比較器產(chǎn)生 PWM 信號來控制主電路中功率器件的通斷。采用滯環(huán)比較方式的電流跟控制方法具有以下特點(diǎn)：硬件結(jié)構(gòu)非常簡單、操作簡單，容易實(shí)現(xiàn)。 當(dāng)功率器件的開關(guān)頻率很高時(shí)，響應(yīng)非?？欤瑢χ绷鞫说碾妷鹤兓泻芎玫聂敯粜?。 電流跟蹤誤差小。 動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，可以克服環(huán)內(nèi)的擾動(dòng)，還可以防止逆變器的過流，從而對逆變器中功率開關(guān)器件十分有利。 對負(fù)載參數(shù)的變化不敏感，且能補(bǔ)償參數(shù)變化帶來的影響。 能防止過載狀況的發(fā)生。能補(bǔ)償器件的電壓降和變換器的死區(qū)時(shí)間的影響。因此，在不考慮功率器件的開關(guān)頻率的情況下，滯環(huán)控制方式能夠使系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)性能都達(dá)到很好的標(biāo)準(zhǔn)。但是，滯環(huán)電流控制也存在著開關(guān)頻率過高、頻率不穩(wěn)定的問題，而且功率器件的開關(guān)頻率處于變化中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)窄脈沖或大的電流尖峰，使主電路與保護(hù)電路的設(shè)計(jì)難度增加，難以選擇較適合的器件。濾波困難，有比較大的電磁干擾。目前將滯環(huán)控制和恒頻控制相結(jié)合，提出了采用固定開關(guān)頻率的滯環(huán)控制方法，優(yōu)化了控制系統(tǒng)性能。(4) 重復(fù)控制在各種實(shí)際控制系統(tǒng)中，重復(fù)控制是消除各種周期性擾動(dòng)最有效的方法之一。其控制思路是：假定前一周期出現(xiàn)的輸出電壓波形畸變將在下一周期的同一時(shí)刻再次出現(xiàn)，控制器根據(jù)參考信號和輸出電壓反饋信號的誤差來確定所需的校正信號，然后，在下一個(gè)基波周期將此校正信號疊加在原控制信號上，這樣就可以消除輸出電壓的周期性畸變。提出重復(fù)控制的基礎(chǔ)是內(nèi)模原理。內(nèi)模原理是把作用于系統(tǒng)的外部信號的動(dòng)力學(xué)模型植入控制器以構(gòu)成高精度反饋控制系統(tǒng)的一種設(shè)計(jì)原理，該原理指出，若要求一個(gè)反饋控制系統(tǒng)具有良好的跟蹤能力以及抵消擾動(dòng)影響的能力(即穩(wěn)態(tài)時(shí)誤差趨于零)，并且這種對誤差的調(diào)節(jié)過程是穩(wěn)定的，即如果希望控制系統(tǒng)對某一參考指令實(shí)現(xiàn)無靜差跟蹤，那么產(chǎn)生該參考指令的模型必須包含在穩(wěn)定的閉環(huán)控制系統(tǒng)內(nèi)部。重復(fù)控制器的結(jié)構(gòu)如下圖所示。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）24Z NS ( z )Q ( z ) ++ e ( k )Z kC ( z )圖 314 重復(fù)控制器控制框圖其中，各環(huán)節(jié)介紹如下： 為周期延遲環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)使本周期的誤差與擾Nz?動(dòng)從下一周期開始影響控制量。 使系統(tǒng)的控制作用具有了一定的超前性。為低通濾波器或可以取為略小于 1 的常數(shù)（大多取 與 1 之間） ，以()Qz降低重復(fù)控制器的積分作用，提高其穩(wěn)定性。 為補(bǔ)償器，是重復(fù)控制器中最()Cz重要的部分，用來抵消控制對象的諧振峰值、提高前向通道的高頻衰減特性,經(jīng)常設(shè)計(jì)成為二階系統(tǒng)。經(jīng)過補(bǔ)償器補(bǔ)償?shù)闹貜?fù)控制系統(tǒng)單位增益且無相位滯后。重復(fù)控制的突出特點(diǎn)是能使并網(wǎng)電流具有低諧波因數(shù)的穩(wěn)態(tài)輸出波形，魯棒能好。但是，重復(fù)控制的動(dòng)態(tài)性能較差，尤其是在干擾出現(xiàn)的第一個(gè)采樣周期內(nèi)，系統(tǒng)近乎于開環(huán)控制狀態(tài)，對干擾不產(chǎn)生任何調(diào)節(jié)作用。而干擾的消除至少要在下一個(gè)采樣周期才能夠進(jìn)行。因此，重復(fù)控制器經(jīng)常和 PI 控制器進(jìn)行并聯(lián)控制，在保證穩(wěn)態(tài)精度的同時(shí)提高其動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。(5) 雙閉環(huán)控制采用單閉環(huán)反饋控制的并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)往往動(dòng)態(tài)性能較差，因此在單環(huán)反饋的基礎(chǔ)上加入電流內(nèi)環(huán)控制，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，構(gòu)成雙閉環(huán)控制。這種策略常?；谛⌒盘柧€性化狀態(tài)空間模型，采用數(shù)字控制技術(shù)和對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)極點(diǎn)配置，兼顧系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能進(jìn)行系統(tǒng)的優(yōu)化控制。如采用電容電流反饋或電壓反饋內(nèi)環(huán)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定控制和消除振蕩，或電壓電流雙閉環(huán)控制。(6) 無差拍控制 無差拍控制是一種基于離散數(shù)學(xué)模型實(shí)現(xiàn)的 PWM 方案，它根據(jù)正弦參考指令和測量的狀態(tài)反饋?zhàn)兞浚晌C(jī)來計(jì)算下一個(gè)開關(guān)周期的脈沖寬度，控制逆變器開關(guān)動(dòng)作以使下一個(gè)采樣時(shí)刻的輸出電壓準(zhǔn)確等于正弦參考指令。無差拍控制的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，控制精度很高，諧波小。當(dāng)系統(tǒng)中產(chǎn)生擾動(dòng)時(shí)，只需要一個(gè)開關(guān)周期就可以使輸出量在此跟蹤給定值。但是，無差拍控制方式的設(shè)計(jì)過程過于依賴系統(tǒng)的精確數(shù)學(xué)模型，而對并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)來說，由于電網(wǎng)電壓的擾動(dòng)、系統(tǒng)非線性因素的影響使其成為一個(gè)非線性時(shí)變系統(tǒng)，獲得精確的數(shù)學(xué)模型非常困難。這樣會(huì)造成無差拍控制的性能變低，魯棒性降低，系統(tǒng)控制效果不好。（7）單周期控制 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）25單周期控制是通過控制每個(gè)開關(guān)周期內(nèi)功率器件的占空比 D，使被控制變量的穩(wěn)態(tài)平均值等于給定值或與給定值成比例。單周期控制的核心是帶復(fù)位功能的積分器?？刂圃砣鐖D所示。 ??控制器 refV積分器()xt()xt圖 315 單周期控制原理圖單周期控制方式的特點(diǎn)是魯棒性好，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，控制電路簡單，并網(wǎng)電流諧波因數(shù)較小，開關(guān)頻率一定，穩(wěn)態(tài)誤差較低。單周期控制控制簡單，動(dòng)靜態(tài)性能較好，成本低且通用性強(qiáng)，可以廣泛的應(yīng)用于各類電力電子變換裝置。例如，適合變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)對并網(wǎng)逆變器性能的要求。（8）滑模變結(jié)構(gòu)控制滑模變結(jié)構(gòu)理論上個(gè)世紀(jì) 50 年代由前蘇聯(lián)學(xué)者提出的．目前已經(jīng)發(fā)展成為控制理論的一個(gè)重要部分。滑模變結(jié)構(gòu)控制方式是一種非線性控制方式，其基本思想是利用主電路功率器件開關(guān)控制策略使系統(tǒng)的被控制量沿著設(shè)計(jì)好的滑模面進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。滑?？刂茖Ρ豢貙ο蟮哪Ｐ驼`差、對象參數(shù)的變化以及外部干擾的不變性以及良好的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)特性使得其在逆變器的控制器設(shè)計(jì)中非常具有吸引力,隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展以及離散滑?？刂评碚摰娜遮叧墒?，基于離散滑?？刂圃O(shè)計(jì)控制器得到了人們的關(guān)注?；Ｗ兘Y(jié)構(gòu)控制的優(yōu)點(diǎn)是具有較好的魯棒性，系統(tǒng)對參數(shù)變化和外部擾動(dòng)不敏感。但是，對于并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)來說，一個(gè)理想的滑模面是很難確定的，而且在使用數(shù)字式控制方式實(shí)現(xiàn)滑膜變結(jié)構(gòu)控制時(shí)，主電路功率器件的開關(guān)頻率必須足夠高。（9）模糊控制模糊控制屬于智能控制的一種。由于并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)是一個(gè)非線性時(shí)變系統(tǒng)，其復(fù)雜性難以精確建模。模糊控制不依賴精確地?cái)?shù)學(xué)模型，而是模仿人的信息處理能力，對復(fù)雜事物做出有效地判斷和處理。近年來，人們開始重視這種控制方式在電力電子領(lǐng)域中的應(yīng)用。模糊控制的核心部分是模糊控制器?？刂埔?guī)則由計(jì) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）26算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)。模糊控制的特點(diǎn)是不需要精確的數(shù)學(xué)模型，系統(tǒng)魯棒性高，易于設(shè)計(jì)和控制。目前，隨著電力電子和微計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，模糊控制在電力電子領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。（10）空間矢量法空間電壓矢量控制,即依據(jù)逆變器空間電壓矢量切換來控制逆變器的一種新型思路的控制策略,它能在減少逆變器狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)開關(guān)器件工作頻率的情況下輸出較好質(zhì)量的正弦波,且能提高直流電壓利用率。這種控制方式采用實(shí)時(shí)優(yōu)化算法。在每一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)根據(jù)給定矢量和輸出控制量，選取合適的矢量和運(yùn)行時(shí)間去控制變換器中開關(guān)通斷，采用不同的開關(guān)組合模式生成扇區(qū)兩邊的空間電壓矢量。這種控制方式在三相并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用，尤其系統(tǒng)為三電平的情況。這種控制方式的缺點(diǎn)是需要編制較為復(fù)雜的矢量控制表，增加了系統(tǒng)設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)難度。 控制策略是并網(wǎng)逆變器的核心。依據(jù)所要求達(dá)到的效果和實(shí)際情況，選擇合適的控制策略及實(shí)現(xiàn)是做好并網(wǎng)逆變器的關(guān)鍵。本文將根據(jù)電網(wǎng)波動(dòng)情況下，選擇為相適應(yīng)的并網(wǎng)逆變器。 逆變器調(diào)節(jié)原理分析對于并網(wǎng)逆變器，我們一般用電流電壓雙閉環(huán)控制方法實(shí)現(xiàn)逆變器輸出電流與電網(wǎng)電壓同相位。電壓環(huán)為外環(huán)，電流環(huán)為內(nèi)環(huán)，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)速度非?？欤耆梢詽M足系統(tǒng)的快速調(diào)節(jié)性要求。常見的并網(wǎng)逆變側(cè)電路可見下圖 312。根據(jù)此圖又能得到控制框圖 316。P II _ r e fi _ c _ r e fs i n w tK p + K i / sK p w m / ( T s + 1 )++電網(wǎng)電流檢測i _ c電網(wǎng)U d cU d c _ r e f電網(wǎng)同步信號圖 316 并網(wǎng)逆變系統(tǒng)控制框圖根據(jù)常用的并網(wǎng)系統(tǒng)模型建立方法，可以得到并網(wǎng)系統(tǒng)逆變器電流跟蹤系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，如圖 317 所示。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）27圖 317 并網(wǎng)逆變電流內(nèi)環(huán)控制框圖圖如暫不考慮電網(wǎng)電壓 UN 的影響，則可得到電流控制環(huán)節(jié)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：（33）下圖為上式中 KPWM=500 求得的開環(huán)伯德圖,其截至頻率約為 16kHz，一般選開環(huán)截至頻率為開關(guān)頻率（20kHz）的 1/10－1/20。這就需要補(bǔ)償環(huán)節(jié)進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)節(jié)。圖 318 未加補(bǔ)償環(huán)節(jié)的系統(tǒng)開環(huán)增益波特圖圖 319 未加補(bǔ)償環(huán)節(jié)時(shí)的誤差信號 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）28圖 31圖 319 分別為未加補(bǔ)償環(huán)節(jié)時(shí)的誤差信號和輸出電流信號，這里仿真時(shí)的給定信號為通過仿真可以看出：誤差信號始終存在，其值比較大，并且周期性變化，頻率為工頻。給定信號和輸出信號也始終存在著相位和幅值的誤差，影響并網(wǎng)的質(zhì)量。如果前面的電流控制環(huán)節(jié)只加一個(gè)比例控制器，比例控制器的作用只能改變控制器的增益 K，而對相位沒有任何影響，可以明顯增加控制環(huán)節(jié)的開環(huán)增益，減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，可以良好的提高系統(tǒng)的控制精度。但是實(shí)際上加個(gè)比例控制器，同時(shí)也增強(qiáng)了并網(wǎng)電流的脈動(dòng)，其誤差信號也相應(yīng)的增加。增加電流的調(diào)節(jié)力度的同時(shí)也會(huì)增加系統(tǒng)變壓器、電控器的電磁噪音。所以電流控制環(huán)節(jié)只加一個(gè)比例環(huán)節(jié)是不行的。若電流環(huán)采用 PI 調(diào)節(jié)，已知 PI 調(diào)節(jié)器的最基本的傳遞函數(shù)為： （34）下圖為 PI 補(bǔ)償時(shí)電流控制框圖圖 320 PI 補(bǔ)償時(shí)電流控制框圖圖 321 PI 補(bǔ)償后系統(tǒng)開環(huán)增益波特圖 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）29圖 322 PI 調(diào)節(jié)時(shí)的誤差信號圖 32322 分別為添加 PI 補(bǔ)償環(huán)節(jié)時(shí)的誤差信號和輸出電流信號，仿真時(shí)的給定信號為 I o=10A，通過仿真可以看出：誤差信號也始終存在，并且成正弦周期性變化，調(diào)節(jié)后的誤差信號幅值有所減小，給定信號和輸出信號也始終存在著相位和幅值的誤差，就不能消除系統(tǒng)的穩(wěn)定誤差。PI 調(diào)節(jié)器相比 P 調(diào)節(jié)器增加了積分環(huán)節(jié)，積分環(huán)節(jié)主要是用來減少一定的靜態(tài)誤差，Ki 的值反映了積分作用的大小，其值越大，系統(tǒng)的積分作用就越大，閉環(huán)系統(tǒng)的超調(diào)量就越小，系統(tǒng)的響應(yīng)速度就越慢。Kp 可以增加控制環(huán)節(jié)的開環(huán)增益，減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的控制精度。從控制原理來看，系統(tǒng)增加 PI 控制器相當(dāng)于在系統(tǒng)中增加一個(gè)位于原點(diǎn)的開環(huán)極點(diǎn)，同時(shí)也增加一負(fù)實(shí)數(shù)開環(huán)零點(diǎn)。位于原點(diǎn)的極點(diǎn)可以消除或減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性；而增加的負(fù)實(shí)數(shù)零點(diǎn)則用來提高系統(tǒng)的阻尼程度，緩和 PI 控制器極點(diǎn)對系統(tǒng)穩(wěn)定性的不利影響。增加 PI 調(diào)節(jié)可以改善系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)的幅頻特性，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性能，也能提高系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)的幅值裕度。但由于系統(tǒng)給定信號是一個(gè)正弦變化的信號，不是穩(wěn)定不變的值，因此上面討論的 PI 調(diào)節(jié)器不能消除系統(tǒng)的穩(wěn)定誤差，這就要求零誤差電流的跟蹤技術(shù)，需要重復(fù)控制來解決。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）30第 4 章 電網(wǎng)波動(dòng)下并網(wǎng)逆變器控制 控制方案的建立首先分析電網(wǎng)電壓波動(dòng)對并網(wǎng)逆變控制器的影響，電網(wǎng)的周期性擾動(dòng)和諧波會(huì)導(dǎo)致光伏并網(wǎng)逆變電流產(chǎn)生畸變，從而降低電網(wǎng)電能質(zhì)量，并影響并網(wǎng)饋能的功率因素。具體的分析如下：從電流閉環(huán)控制框圖可以看出，電網(wǎng)電壓在濾波環(huán)節(jié)之前，靠近輸出電流，從傳遞函數(shù)看出電網(wǎng)電壓對電流有影響。從上式中可