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隨著風電、光伏發(fā)電等可再生能源大量并網(wǎng)，當可再生能源的比例達到一定程度時，電網(wǎng)調節(jié)能力嚴重下降。因此，提高可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中并網(wǎng)設備控制參數(shù)，降低諧波發(fā)生，成為解決電網(wǎng)電能質量的關鍵。

并網(wǎng)逆變器是可再生能源發(fā)電系統(tǒng)向電網(wǎng)輸送電能的接口單元，其控制性能直接影響入網(wǎng)電流的波形質量，即盡可能減小入網(wǎng)電流的總諧波畸變率（Total Harmonic Distortion, THD）。

并網(wǎng)逆變器入網(wǎng)電流諧波含量控制的方法有基于內模原理的PI控制、比例諧振控制（Proportional Resonant, PR）、比例多諧振控制（Proportional Multi-Resonant, PMR）、重復控制（Repetitive Control, RC）等。

PI控制理論成熟，設計方法簡單，常用于三相并網(wǎng)逆變器中，通過坐標變換，能夠在與基波頻率同步旋轉的dq坐標系下對交流側三相對稱的正弦基波信號實現(xiàn)靜態(tài)無差跟蹤，但PI控制方式無法有效抑制多頻率諧波畸變，且對于單相或三相不對稱逆變器，PI控制難以借助坐標變換實現(xiàn)對正弦信號的靜態(tài)無差跟蹤。

PR控制可以對某一頻率正弦交流信號進行靜態(tài)無差跟蹤。為了提高PR控制對系統(tǒng)參數(shù)變化的魯棒性，常采用比例準諧振控制器。但針對逆變器死區(qū)產(chǎn)生的多頻率諧波或電網(wǎng)背景諧波，需要多個諧振控制器并聯(lián)構成PMR控制器才能取得良好的穩(wěn)態(tài)精度。然而多個諧振控制器并聯(lián)造成的相位滯后可能導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。盡管可以通過對諧振控制器進行相位補償提高控制器性能，但增加了系統(tǒng)設計的復雜度。

含有某一類頻率信號內模的RC，能夠對此頻率基波信號及其諧波信號進行靜態(tài)無差跟蹤或擾動消除，目前已廣泛應用于各種逆變器控制場合。然而，RC內模中的延遲環(huán)節(jié)使其動態(tài)性能較差。為了解決此問題，有學者提出分數(shù)相位超前補償方法，提高RC控制增益，進而提高誤差收斂速度；有學者提出多速率RC的通用分數(shù)階相位超前補償方法，改善了系統(tǒng)動態(tài)性能。此外，為了提高整個系統(tǒng)的動態(tài)性能，常將RC與PI控制共同使用。

針對LCL型并網(wǎng)逆變器，有學者對比分析了RC與PI分別串聯(lián)和并聯(lián)的兩種復合控制策略，指出串聯(lián)復合控制對諧波的抑制能力受PI控制器參數(shù)的制約。而RC并聯(lián)PI復合控制策略的諧波抑制能力不受PI控制參數(shù)影響，且系統(tǒng)具有良好的動態(tài)性能和魯棒性。然而，這種并聯(lián)復合控制策略中的控制器存在耦合，使得并網(wǎng)逆變器動態(tài)過程中發(fā)生電流畸變，因此RC并聯(lián)PI復合控制策略并不是最優(yōu)復合控制策略。

由于RC與PR/PMR都是基于內模原理，且都含有正弦信號的內模，因此，它們具有相通之處。根據(jù)指數(shù)性質，RC可以展開成負比例控制、積分控制和多諧振控制之和。然而，負比例控制對系統(tǒng)的動態(tài)性能會起反作用，將降低系統(tǒng)動態(tài)響應速度，甚至影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。

為此，中原工學院電子信息學院、南京航空航天大學自動化學院、國家電網(wǎng)江蘇省電力有限公司的研究人員提出一種基于RC并聯(lián)比例控制（Proportional Control, PC）的新型復合控制策略。相比傳統(tǒng)RC并聯(lián)PI控制，重復-比例復合控制具有設計參數(shù)少、設計思路清晰、設計流程簡單、穩(wěn)態(tài)性能好、動態(tài)響應快等優(yōu)點。

圖1 復合控制系統(tǒng)結構框圖

圖4 重復-比例復合控制器系統(tǒng)框圖

圖5 單相L型并網(wǎng)逆變器模型

首先，根據(jù)重復控制器頻域展開式，推導出重復-比例復合控制器可以由重復控制器和比例控制器并聯(lián)構成；其次，分析新型重復-比例復合控制器的穩(wěn)定性及參數(shù)設計理論依據(jù)；最后，以L型單相并網(wǎng)逆變器為被控對象，給出復合控制器的參數(shù)設計流程。實驗結果驗證了該復合控制器能夠同時抑制多個頻率的電流諧波，并具有快速的動態(tài)性能。

研究者得出結論如下：

• 1）提出了一種基于RC并聯(lián)PC的新型復合控制策略，對比分析了RC并聯(lián)PI與RC并聯(lián)PC兩種復合控制策略的頻率特性。分析了RC并聯(lián)PC的復合控制的穩(wěn)態(tài)性能及參數(shù)設計機理。
• 2）以L型單相并網(wǎng)逆變器為例，給出了重復-比例復合控制器的詳細參數(shù)設計流程。
• 3）相比傳統(tǒng)RC并聯(lián)PI控制，重復-比例復合控制器需要設計的參數(shù)更少，設計思路更清晰，設計流程更簡單，且具有更好的穩(wěn)態(tài)性能，即入網(wǎng)電流的THD降至2.68%。同時，參考電流突變時，過渡時間在3個基波周期內。
• 4）提出的重復-比例復合控制器不僅適用于L型并網(wǎng)逆變器，也適用于LCL型并網(wǎng)逆變器。

相關研究成果已發(fā)表在2019年第24期《電工技術學報》上，論文標題為“用于并網(wǎng)逆變器諧波抑制的重復-比例復合控制器分析與設計”，作者為趙強松、陳莎莎、周曉宇、王曉雷、王雙紅。