1、第卷第期年月電力電子技術，基于濾波電容電流補償的并網逆變器控制梁超輝，劉邦銀，段善旭（華中科技大學，湖北武漢）摘要：在并網逆變器中，濾波器因容易控制和具有良好的高頻衰減特性而應用廣泛。分析了輸出濾波電容對采用相位和低次諧波的影響，提出一種采用濾波電容電流補償和電網電壓前饋的數濾波的并網逆變器并網電流幅值、給出了離散時間域下控制器參數的設計方法，并從電網諧波阻抗角度分析了控制器抑制電網電壓擾字控制策略，提高并網逆變器輸出電能質量。動的能力。理論分析和實驗證明，該方案能有效降低并網電流的諧波畸變率（）關鍵詞：逆變器；濾波；補償并網；數字控制器中圖分類號：文獻標識碼：文章編號：（），（，）：，：；：

2、（）引言帶電容電流補償的并網控制方案濾波電容對并網電流的影響近年來，隨著能源與環境問題的日益嚴峻，基于太陽能、燃料電池和風能等可再生能源的分布式發電系統受到廣泛關注。并網逆變器是分布式發電系統的重要組成部分，針對其設計方法和并網控制策略展開了大量的研究。并網逆變器的輸出濾波器一般包括，和三種類型，其中單電感型濾波器的結構簡單，并網電流控制容易，但其高頻濾波特性差，不適合開關頻率較低的應用場合；濾波器的高頻衰減特性好，但濾波元件參數設計及并網電流控制策略較為復雜；濾波器的控制簡單，與單電感型濾波器相比，電路中的電容能有效地衰減并網電流的高頻成分，而且適合于實現并網與獨立兩種運行模式的切換。以基于

3、濾波的單相并網逆變器作為研究對象，采用帶電網電壓前饋解耦的數字控制器控制并網電流，同時引入電容電流補償，以減少濾波電容對并網電流波形質量及相位的影響，并運用基于極點配置的方法對離散域下數字控制參數進行了設計。基金項目：臺達環境與教育基金（）定稿日期：作者簡介：梁超輝（），男，廣東佛山人，碩士研究生。研究方向為光伏發電系統并網控制。圖示出并網逆變器主電路拓撲。并網逆變器一通常采用電流控制模式，濾波器若使用結構，般采用大電感、小電容的參數設計原則，以獲得較好的電流控制特性。因此，在要求不高的場合往往忽略了濾波電容的影響，而直接按照單電感濾波的情況即控制圖中的電感電流，而不是控進行控制。制實際的并網

4、電流。圖給出考慮濾波電容時的實際控制框圖。為并網逆變器直流母線電壓；為電網電壓；，為濾波電感及其串聯等效電阻；為本地負載圖并網逆變器拓撲圖考慮濾波電容時的實際控制框圖在這種情況下，由于濾波電容電流的存在，與實際的不相等。在圖所示的參考方向下，且假定控制器能使準確跟蹤給定，此時與同頻第卷第期年月電力電子技術，同相。圖示出個電流的相量圖。圖并網電流相量圖由圖可知，此時的必然滯后于，且的低次諧波在上產生的諧波電流也會使的諧波含量增大。越大，分布式電源輸出的功率越越高，低，上述兩個問題就越明顯。考慮并網獨立雙模式切換的需要，以及為了在獨立模式運行時能獲得較好的電壓控制特性，此時必須考慮不能取得太小，對

5、的影響。并網電流控制方案為了減少對在幅值、相位以及低次諧波方面的影響，這里在常規的電感電流環控制中加入了該方案的控制框圖如圖。補償環節，影響，電流環控制對象（考慮零階保持）的脈沖傳遞函數為：（）離散控制器脈沖傳遞函數為：）（）（）由式（和式（可得電流給定到實際電感電流）輸出的閉環脈沖傳遞函數為：（）（!（）式中：（；（）。閉環特征方程為：（）設添根據極點配置的方法確定電流環參數。加控制器后的期望系統阻尼比為"，自然振蕩頻則期望系統的特征方程為：率為#，（）式中："#，#!。對比式（和式（可得電流環離散參數為：）（），（）（）圖帶電容電流補償的并網電流控制框圖電網電壓前饋解耦

6、系數采用一階低通慣性環節可濾除高頻噪聲。電容電流補償的控制思想是：視鎖相環（以及分布）式電源的實際功率輸出情況，確定并網電流給定值，再加上濾波電容電流值，作為電感電流的然后通過對的閉環控制，間接實現對給定值，實際并網電流的控制。補償環節（提供補償）量的給定值，鑒于與其電網的相位超前關系，通過對采樣得到的值在內部作數字微分運算獲得補償量。考慮到純微分環節容易引入控制器控制帶寬以外的高頻干擾噪聲，因此在微分環節后串聯了一個補償環節，其傳遞函數為：（）（）（）式中：為慣性環節時間常數。如圖所示，對控制的擾動以兩種形式存在，一個作用在濾波電感前，直接以形式出現；另一個作用在濾波電感后，以形式出現。前饋

7、是針對前一種擾動形式的補償。忽略控制延遲和零階保持，控制器和并網電感的傳遞函數分別記為和（，則可以推導出由前一種擾動形式所（）造成的輸出誤差為：）（）（）（）（）若令，則可取。電網電壓擾動分析這使并網運行模式和獨立運行模式可以共享，和的模擬采樣值，而且省去了直接檢測需要的電流傳感器。如果微分運算足夠準確，且電流則可完全消除控制器能夠使準確跟蹤給定值，對的負面影響。由于除了基波成分外，還含有與相關的各種低次諧波，因此要求圖中電流控制器在低次諧波頻段內均有較好的補償效果。這里采用結構簡單、性能良好的控制器。另外，為了獲得更好的動態特性，增強逆變器抗電網擾動的能力，控制方案中還加入了前饋解耦環節。控

8、制器參數離散域設計方法電流環參數如圖所示，忽略作為擾動的和控制延遲的直接以電網電壓形式存在的擾動可通過前饋解耦控制來消除。由電網電壓在上產生的電流擾動作用在電感電流環以外，圖所示控制方案對該擾動的抑制效果差。定義電網諧波阻抗為電網電壓與其作為擾動引起的輸出并網電流誤差之比。若電網電壓前饋控制能實現對前一種擾動的完全補償，則；不添加補償情況下的電網諧波阻抗（）而添加圖所示補償控制后，則為：（）兩種情況下的電網諧波阻抗對比如圖所示。由圖可知，在基頻到次諧波之間的頻段內（，由于添加了補償環節，）得到了顯著提高，增強了系統對基頻及低次諧波擾動的抑制能力。圖為圖在慣性環節轉折頻率附近的局部放大圖，可以觀

9、察到由于一階慣性環節的加入，在其基于濾波電容電流補償的并網逆變器控制轉折頻率附近，相比于未加補償時略為減小，控制器對中相應頻段的諧波抑制能力略有降低。然而，由于在次以內的頻段，的諧波污染更為嚴重，因此圖的控制方案能夠改善因存在而造成實際在幅值和相位上出現的誤差，以及與相關的低次諧波電流問題，并且能通過優化控制器的參數滿足相關并網標準對高次并網電流諧波的要求，改善并網逆變器的輸出電能質量。實驗現場電網電壓諧波畸變率，其中諧波成分以，次最為嚴重，分別為，。對比圖，在不帶補償環節時，并網電流可見，在次以下的諧波成分比較嚴重，并網電流而添加補償環節后，在該頻段內的諧波得到了有效抑制，由圖可見，。由于慣

10、性環節的影響，次附近的諧波成分比補償前略有增加，但在全頻段范圍內，各次諧波成分均滿足關于并網電流諧波含量的要求。結論圖電網諧波阻抗對比圖實驗驗證為了驗證提出的控制策略的有效性，設計了一臺基于的單相全橋逆變器的實驗樣機，其參數為：直流母線電壓，濾波電感，濾波電容!，本地負載，電流給定峰值，開關頻率，采樣周期!。采取補償前后的，及其頻譜實驗結果如圖所示。分析和設計了一種基于濾波器，采用帶電網電壓前饋的數字控制，并結合電容電流補償的電流型并網控制方案。理論分析及實驗證明，該方案結構簡單，容易實現，并能有效地改善與輸出濾波電容有關的并網電流相位滯后和諧波含量增大的問題，提高了并網逆變系統的輸出電能質量

11、。參考文獻，：，：，：王章權，蔣燕君，等無差拍控制在光伏并網發電張超，系統中的應用電力電子技術，：（）范小波，張代潤光伏并網逆變器數字滯環控制的研究：電力電子技術，（）圖實驗波形"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""（上接第頁）路的直流輸入電流出現兩倍于逆變器工作頻率的脈動分量時，用主電路由開關管構成的有源濾波器將其濾除，是切實可行的。此外，該濾波器還能實時補償大小和頻率均變化的諧波和無功，而傳統的其阻