0 引言
能源緊缺，環(huán)境惡化是日趨嚴重的全球性問題。太陽能作為一種綠色可再生能源，正在從補充能源向著替代能源的方向轉(zhuǎn)變。光伏利用已成為世界各國爭相發(fā)展的熱點，光伏并網(wǎng)發(fā)電作為太陽能光伏利用的發(fā)展趨勢，得到了快速的發(fā)展。然而，隨著投入使用的并網(wǎng)逆變裝置增多，其輸出的并網(wǎng)電流諧波對電網(wǎng)電壓的污染也不容忽視，針對單純PI控制的缺點，對光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中逆變器的控制進行了改進，采用重復控制和PI控制相結(jié)合的電流跟蹤控制策略。重復控制可以抑制網(wǎng)側(cè)和負載側(cè)對并網(wǎng)輸出電流的周期性擾動，降低并網(wǎng)電流的總諧波畸變系數(shù);PI控制則利用偏差調(diào)節(jié)原理，使逆變器輸出并網(wǎng)電流實時跟蹤參考正弦給定信號。由于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)直接將太陽能逆變后饋送給電網(wǎng)，所以需要有各種完善的保護措施。對于通常系統(tǒng)工作時可能出現(xiàn)的功率器件過流、功率器件驅(qū)動信號欠壓、功率器件過熱、太陽電池陣列輸出欠壓以及電網(wǎng)過壓、欠壓等故障狀態(tài)，比較容易通過硬件電路檢測，配合軟件加以判斷、識別并進行處理。但對于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)來說，還需要考慮在一種特殊的故障狀態(tài)下的應對方案，即孤島效應的防止和對策。
l 并網(wǎng)系統(tǒng)控制策略
為了使逆變器輸出良好的并網(wǎng)電流波形，必須對逆變器的輸出并網(wǎng)電流進行閉環(huán)控制，而采用傳統(tǒng)的PI控制來跟蹤正弦給定信號時，存在如下一些局限性：
(1)當跟蹤信號為快速變化的正弦波時，從理論上來說，整個系統(tǒng)是個有差系統(tǒng)，不可能做無靜差跟蹤;
(2)雖然可以通過增大比例系數(shù)來減小穩(wěn)態(tài)誤差，但是，比例系數(shù)增大會導致控制精度的降低，甚至會使系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩;另外，增大比例系數(shù)還可能會同時放大噪聲信號，因此，比例系數(shù)不可能取的太大。
1.1 重復控制策略
采用單純的PI控制，由于無法有效改善逆變器非線性因素的影響，必須引入新的控制策略和控制環(huán)節(jié)。20世紀80年代，Inoue等人根據(jù)內(nèi)模原理提出了重復控制思想。在穩(wěn)定的閉環(huán)系統(tǒng)內(nèi)設置一個可在以產(chǎn)生與參考輸入同周期的內(nèi)部模型，從而使系統(tǒng)實現(xiàn)對外部周期性參考信號的漸近跟蹤。重復控制系統(tǒng)如圖l所示。由于它具備優(yōu)秀的魯棒性，對于消除非線性負載及其他周期性干擾引起的波形畸變具有明顯的效果。
重復控制器由周期延遲環(huán)節(jié)z-N、一階低通濾波器Q(z)和補償器S(z)組成。P(z)為受控對象的傳遞函數(shù)，d為擾動信號，Ⅳ為每周期采樣次數(shù)，S(z)為一個補償環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)在中低頻段為單位增益，無相位滯后環(huán)節(jié)。雖然重復控制能夠?qū)χ芷谛詤⒖颊医o定信號實現(xiàn)無穩(wěn)態(tài)誤差的跟蹤控制，但存在對誤差的跟蹤控制滯后一個參考周期后才輸出的特點。綜合考慮，將重復控制與PI控制兩種策略結(jié)合起來，使系統(tǒng)兼具良好的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)特性。
1.2 重復控制系統(tǒng)仿真
本仿真系統(tǒng)中，參考正弦波為50Hz，逆變器的開關頻率為20kHz，因此采用頻率fs=20kHz，故可以確定每周期的采樣拍數(shù)N=400。顯然周期延時環(huán)節(jié)z-N=z-400，取濾波器的Q值為0.95。圖2所示為仿真模型圖，圖3為仿真結(jié)果圖。可知，將重復控制應用在并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)中，改善了發(fā)電系統(tǒng)的輸出電流波形，改善了穩(wěn)態(tài)誤差。
