研旭开源PHM功率模块助力【中原工学院】发表高质量论文
发布时间：
2024-03-01 16:15
来源：
[1]引用格式：赵强松,陈昊,王启帆等.微电网并网逆变器频率自适应前馈双模重复-比例控制[J/OL].电工技术学报:1-13[2024-01-31].https://doi.org/10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.231947.
[2] 分类号：TM464;TP273
主要研究内容：
重复控制因其能有效抑制谐波信号而被广泛应用于逆变器控制，但其动态性能较差，且在电网频率波动时谐波抑制性能下降严重。为此，本文提出了一种频率自适应前馈双模重复-比例控制。在双模重复控制的内模中加入前馈环节改善系统的动态性能，并使用无限脉冲响应滤波器实现对电网频率波动导致的分数延迟精确近似。本文给出了频率自适应前馈双模重复-比例控制的原理、稳定性分析和参数优化设计过程。实验结果证明了所提出的控制方法在电网频率波动时能抑制并网电流谐波，且具有较好的动态性能。
研究对象：
高比例可再生能源、高比例电力电子设备的大规模应用使“双高”电力系统呈现新特性。电力电子设备惯性小，基于可再生能源的微电网发电功率与负载功率不平衡将导致微电网频率波动。同时，电力电子设备的非线性特性显著，导致系统谐波含量增加。这将导致微电网出现等幅振荡进而可能导致微电网系统不稳定。并网逆变器作为连接发电单元与负载/微电网的核心部件，要为负载/微电网提供高质量的并网电流。因此，研究微电网频率波动时抑制逆变器并网电流谐波方法具有重要意义。为了提高微电网频率波动时双模重复控制器的谐波抑制效果，本文提出一种基于IIR滤波器的频率自适应前馈双模重复-比例控制方法。
本文提出的频率自适应前馈双模重复-比例控制结构如图1所示。该控制结构在双模重复控制的内模中加入前馈环节，并于比例环节并联，提高系统的动态性能。当电网频率波动时，使用IIR滤波器实现分数阶延迟，使控制器对电网频率具有自适应性，在电网频率波动的情况下仍能有效抑制并网电流谐波。本文在单相LCL型并网逆变器中证明频率自适应前馈双模重复-比例控制的谐波抑制能力和动态性能，LCL型并网逆变器系统结构如图2所示，单相LCL型并网逆变器实验平台如图3所示，其中，直流电源为Chroma 62150H-1000，逆变器平台为研旭YXPHM-TP3xb-I，交流电源为Chroma 61815，示波器为Tex TBS2204B，电能质量分析仪为Fluke 1775。
图1 频率自适应前馈双模重复-比例控制结构图
图2 LCL型并网逆变器系统结构图
图3 单相LCL型并网逆变器实验平台
实验结论：
本文针对微电网下，电网频率波动造成逆变器并网电流THD升高的问题，提出了一种基于IIR滤波器的频率自适应前馈双模重复-比例控制方法。分析了该控制方法的设计机理及稳定性，以单相LCL型并网逆变器为例，给出了频率自适应前馈双模重复-比例控制的详细参数设计流程。实验时，为了模拟真实电网环境，在电网中加入THD为5.7%的电网背景谐波，其频谱如图4所示。电网频率为50 Hz时，相比重复-比例控制，频率自适应前馈双模重复-比例控制系统的并网电流THD降至1.0%，有更好的谐波抑制能力，并网电流波形和频谱如图5、图6所示。参考电流发生突变时，过渡时间在2个基波周期内，有较好的动态性能，并网电流波形如图7所示。电网频率发生波动时，以电网频率为49.6 Hz和50.4 Hz为例，相比前馈双模重复-比例控制，频率自适应前馈双模重复-比例控制系统并网电流THD降至0.8%，即对电网频率波动具有自适应性，有更好的谐波抑制能力。参考电流突变时，过渡时间在2个基波周期内，有较好的动态性能。电网频率49.6 Hz时的实验结果图如图8-10所示，50.4 Hz时的实验结果图如图11-13所示。不同电网频率下重复-比例控制、前馈双模重复-比例控制和频率自适应前馈双模重复-比例控制的并网电流THD折线图如图14所示，当电网频率发生波动时，RC-PC和FDMRC-PC的并网电流THD不同程度升高。电网频率为49.6 Hz时，上述两种控制器的并网电流THD分别为3.8%和1.6%，电网频率为50.4 Hz时分别为3.9%和1.9%，控制器的谐波抑制能力变差。而FA-FDMRC-PC的并网电流THD仍能保持在1.5%以内，说明FA-FDMRC-PC具有频率自适应能力，能在电网波动时有效抑制逆变器并网电流谐波。。
图4 电网背景谐波频谱
图5 电网频率50 Hz时，FA-FDMRC-PC的并网电流
图6 电网频率50 Hz时，FA-FDMRC-PC的并网电流频谱
图7 电网频率50 Hz时，参考电流突变前后FA-FDMRC-PC并网电流
图8 电网频率49.6 Hz时，FA-FDMRC-PC的并网电流
图9 电网频率49.6 Hz时，FA-FDMRC-PC的并网电流频谱
图10 电网频率49.6 Hz时，参考电流突变前后FA-FDMRC-PC并网电流
图11 电网频率50.4 Hz时，FA-FDMRC-PC的并网电流
图12 电网频率50.4 Hz时，FA-FDMRC-PC的并网电流频谱
图13 电网频率50.4 Hz时，参考电流突变前后FA-FDMRC-PC并网电流
图14 不同电网频率下RC-PC、FDMRC-PC和FA-FDMRC-PC的并网电流THD
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