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研旭開源PHM功率模塊助力【中原工學(xué)院】發(fā)表高質(zhì)量論文
發(fā)布時(shí)間：
2024-03-01 16:15
來源：
[1]引用格式：趙強(qiáng)松,陳昊,王啟帆等.微電網(wǎng)并網(wǎng)逆變器頻率自適應(yīng)前饋雙模重復(fù)-比例控制[J/OL].電工技術(shù)學(xué)報(bào):1-13[2024-01-31].https://doi.org/10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.231947.
[2] 分類號：TM464;TP273
主要研究內(nèi)容：
重復(fù)控制因其能有效抑制諧波信號而被廣泛應(yīng)用于逆變器控制，但其動(dòng)態(tài)性能較差，且在電網(wǎng)頻率波動(dòng)時(shí)諧波抑制性能下降嚴(yán)重。為此，本文提出了一種頻率自適應(yīng)前饋雙模重復(fù)-比例控制。在雙模重復(fù)控制的內(nèi)模中加入前饋環(huán)節(jié)改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，并使用無限脈沖響應(yīng)濾波器實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)頻率波動(dòng)導(dǎo)致的分?jǐn)?shù)延遲精確近似。本文給出了頻率自適應(yīng)前饋雙模重復(fù)-比例控制的原理、穩(wěn)定性分析和參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了所提出的控制方法在電網(wǎng)頻率波動(dòng)時(shí)能抑制并網(wǎng)電流諧波，且具有較好的動(dòng)態(tài)性能。
研究對象：
高比例可再生能源、高比例電力電子設(shè)備的大規(guī)模應(yīng)用使“雙高”電力系統(tǒng)呈現(xiàn)新特性。電力電子設(shè)備慣性小，基于可再生能源的微電網(wǎng)發(fā)電功率與負(fù)載功率不平衡將導(dǎo)致微電網(wǎng)頻率波動(dòng)。同時(shí)，電力電子設(shè)備的非線性特性顯著，導(dǎo)致系統(tǒng)諧波含量增加。這將導(dǎo)致微電網(wǎng)出現(xiàn)等幅振蕩進(jìn)而可能導(dǎo)致微電網(wǎng)系統(tǒng)不穩(wěn)定。并網(wǎng)逆變器作為連接發(fā)電單元與負(fù)載/微電網(wǎng)的核心部件，要為負(fù)載/微電網(wǎng)提供高質(zhì)量的并網(wǎng)電流。因此，研究微電網(wǎng)頻率波動(dòng)時(shí)抑制逆變器并網(wǎng)電流諧波方法具有重要意義。為了提高微電網(wǎng)頻率波動(dòng)時(shí)雙模重復(fù)控制器的諧波抑制效果，本文提出一種基于IIR濾波器的頻率自適應(yīng)前饋雙模重復(fù)-比例控制方法。
本文提出的頻率自適應(yīng)前饋雙模重復(fù)-比例控制結(jié)構(gòu)如圖1所示。該控制結(jié)構(gòu)在雙模重復(fù)控制的內(nèi)模中加入前饋環(huán)節(jié)，并于比例環(huán)節(jié)并聯(lián)，提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。當(dāng)電網(wǎng)頻率波動(dòng)時(shí)，使用IIR濾波器實(shí)現(xiàn)分?jǐn)?shù)階延遲，使控制器對電網(wǎng)頻率具有自適應(yīng)性，在電網(wǎng)頻率波動(dòng)的情況下仍能有效抑制并網(wǎng)電流諧波。本文在單相LCL型并網(wǎng)逆變器中證明頻率自適應(yīng)前饋雙模重復(fù)-比例控制的諧波抑制能力和動(dòng)態(tài)性能，LCL型并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，單相LCL型并網(wǎng)逆變器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)如圖3所示，其中，直流電源為Chroma 62150H-1000，逆變器平臺(tái)為研旭YXPHM-TP3xb-I，交流電源為Chroma 61815，示波器為Tex TBS2204B，電能質(zhì)量分析儀為Fluke 1775。
圖1 頻率自適應(yīng)前饋雙模重復(fù)-比例控制結(jié)構(gòu)圖
圖2 LCL型并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
圖3 單相LCL型并網(wǎng)逆變器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)
實(shí)驗(yàn)結(jié)論：
本文針對微電網(wǎng)下，電網(wǎng)頻率波動(dòng)造成逆變器并網(wǎng)電流THD升高的問題，提出了一種基于IIR濾波器的頻率自適應(yīng)前饋雙模重復(fù)-比例控制方法。分析了該控制方法的設(shè)計(jì)機(jī)理及穩(wěn)定性，以單相LCL型并網(wǎng)逆變器為例，給出了頻率自適應(yīng)前饋雙模重復(fù)-比例控制的詳細(xì)參數(shù)設(shè)計(jì)流程。實(shí)驗(yàn)時(shí)，為了模擬真實(shí)電網(wǎng)環(huán)境，在電網(wǎng)中加入THD為5.7%的電網(wǎng)背景諧波，其頻譜如圖4所示。電網(wǎng)頻率為50 Hz時(shí)，相比重復(fù)-比例控制，頻率自適應(yīng)前饋雙模重復(fù)-比例控制系統(tǒng)的并網(wǎng)電流THD降至1.0%，有更好的諧波抑制能力，并網(wǎng)電流波形和頻譜如圖5、圖6所示。參考電流發(fā)生突變時(shí)，過渡時(shí)間在2個(gè)基波周期內(nèi)，有較好的動(dòng)態(tài)性能，并網(wǎng)電流波形如圖7所示。電網(wǎng)頻率發(fā)生波動(dòng)時(shí)，以電網(wǎng)頻率為49.6 Hz和50.4 Hz為例，相比前饋雙模重復(fù)-比例控制，頻率自適應(yīng)前饋雙模重復(fù)-比例控制系統(tǒng)并網(wǎng)電流THD降至0.8%，即對電網(wǎng)頻率波動(dòng)具有自適應(yīng)性，有更好的諧波抑制能力。參考電流突變時(shí)，過渡時(shí)間在2個(gè)基波周期內(nèi)，有較好的動(dòng)態(tài)性能。電網(wǎng)頻率49.6 Hz時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖如圖8-10所示，50.4 Hz時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖如圖11-13所示。不同電網(wǎng)頻率下重復(fù)-比例控制、前饋雙模重復(fù)-比例控制和頻率自適應(yīng)前饋雙模重復(fù)-比例控制的并網(wǎng)電流THD折線圖如圖14所示，當(dāng)電網(wǎng)頻率發(fā)生波動(dòng)時(shí)，RC-PC和FDMRC-PC的并網(wǎng)電流THD不同程度升高。電網(wǎng)頻率為49.6 Hz時(shí)，上述兩種控制器的并網(wǎng)電流THD分別為3.8%和1.6%，電網(wǎng)頻率為50.4 Hz時(shí)分別為3.9%和1.9%，控制器的諧波抑制能力變差。而FA-FDMRC-PC的并網(wǎng)電流THD仍能保持在1.5%以內(nèi)，說明FA-FDMRC-PC具有頻率自適應(yīng)能力，能在電網(wǎng)波動(dòng)時(shí)有效抑制逆變器并網(wǎng)電流諧波。。
圖4 電網(wǎng)背景諧波頻譜
圖5 電網(wǎng)頻率50 Hz時(shí)，F(xiàn)A-FDMRC-PC的并網(wǎng)電流
圖6 電網(wǎng)頻率50 Hz時(shí)，F(xiàn)A-FDMRC-PC的并網(wǎng)電流頻譜
圖7 電網(wǎng)頻率50 Hz時(shí)，參考電流突變前后FA-FDMRC-PC并網(wǎng)電流
圖8 電網(wǎng)頻率49.6 Hz時(shí)，F(xiàn)A-FDMRC-PC的并網(wǎng)電流
圖9 電網(wǎng)頻率49.6 Hz時(shí)，F(xiàn)A-FDMRC-PC的并網(wǎng)電流頻譜
圖10 電網(wǎng)頻率49.6 Hz時(shí)，參考電流突變前后FA-FDMRC-PC并網(wǎng)電流
圖11 電網(wǎng)頻率50.4 Hz時(shí)，F(xiàn)A-FDMRC-PC的并網(wǎng)電流
圖12 電網(wǎng)頻率50.4 Hz時(shí)，F(xiàn)A-FDMRC-PC的并網(wǎng)電流頻譜
圖13 電網(wǎng)頻率50.4 Hz時(shí)，參考電流突變前后FA-FDMRC-PC并網(wǎng)電流
圖14 不同電網(wǎng)頻率下RC-PC、FDMRC-PC和FA-FDMRC-PC的并網(wǎng)電流THD
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