單相并網變流器的離散PR控制設計

李宗鑒　戴瑜興　鄭崇偉　畢大強　郜克存　隋學禮

摘 要： 針對單相并網變流系統采用傳統的比例積分（PI）控制器在跟蹤并網電流指令時存在穩態誤差，以及傳統的比例諧振（PR）控制器在離散化過程中存在諧振點偏移的缺陷，提出一種新的離散比例諧振（DPR）控制器。該控制器包含比例項，前饋項和諧振項。諧振項采用一組離散二階狀態方程實現，替代傳統PR控制器離散化后的二階差分方程，能使控制器具有無靜差的穩態特性。與傳統PR控制器相比，由于諧振項直接采用離散狀態方程實現，DPR控制器不會因為離散過程導致諧振點偏移而影響控制器性能。最后通過實驗驗證了該方法的有效性。

關鍵詞： 并網逆變器； 并網電流； 比例諧振； 無靜差

中圖分類號： TN710?34； TM494 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）17?0154?03

Abstract： Since the single?phase grid?connected Converter system with traditional PI controller has steady?state error in tracking the grid?connected current instruction， and traditional proportion resonant （PR） controller has defects of the resonant point shift in the discretization process， a new discrete proportion resonant （DPR） controller is proposed in this paper. The controller contains proportional， feedforward and resonant terms. A set of discrete second?order state equation is adopted for implementation of the resonant term to replace the second?order differential equation of traditional PR controller after discretization. It can make the controller has non?static error characteristics. Compared with the traditional PR controller， DPR controller will not result in resonance point shift by discrete process and then affect controller performance because the resonant term is directly realized by the discrete state equation. The effectiveness of the method was verified by experiments.

Keywords： grid?connected converter； grid?connected current； proportion resonance； non?static error

0 引 言

單相并網變流器采用傳統的PI控制作為并網電流內環控制器時，因為并網電流指令是與電網電壓同頻同相的正弦量， PI控制器無法使并網電流無靜差的跟蹤并網電流指令，從而不利于并網逆變器的單位功率因數并網。比例諧振（PR）控制器[1?4]具有對交流無靜差跟蹤的穩態特性，因此受到廣泛關注。但傳統的PR控制器一般采用在連續域設計，再離散成差分方程實現，其離散化過程復雜，且在離散化過程中，會造成諧振點的偏移[5?6]，其偏移程度一般隨采樣周期的增大而增大，從而使PR控制器失去對期望頻率點無靜差跟蹤能力。

對此，本文提出一種單相離散比例諧振（DPR）控制器，其諧振項直接在離散域設計，采用二階狀態方程實現，諧振頻率穩定，不受系統采樣周期影響，結構簡單，易于數字實現。實驗驗證了該控制方法的有效性。

3 結 論

本文提出的DPR控制器，其諧振點不受采樣周期的影響，具有對并網電流指令無靜差的跟蹤特性， 對比實驗驗證了DPR控制方法比傳統PI控制方法的優越性。

參考文獻

[1] 黃如海，謝少軍.基于比例諧振調節器的逆變器雙環控制策略研究[J].電工技術學報，2012（2）：77?81.

[2] 李立，趙葵銀，徐昕遠，等.單相PWM整流器比例諧振控制與前饋補償控制[J].電力系統保護與控制，2010（9）：75?79.

[3] 馬琳，金新民，唐芬，等.三相并網逆變器比例諧振控制及其網壓前饋問題分析[J].電工技術學報，2012（8）：56?63.

[4] 孟建輝，石新春，付超，等.基于PR控制的光伏并網電流優化控制[J].電力自動化設備，2014（2）：42?47.

[5] YEPES A G， FREIJEDO F D， LOPEZ O， et al. High?performance digital resonant controllers implemented with two integrators [J]. IEEE Transactions on Power Electronics， 2011， 2： 563?576.

[6] KELLER J P， ANDERSON B D O. A new approach to the discretization of continuous?time controllers [C]// American Control Conference. USA： IEEE， 1990： 1127?1133.

[7] 劉紅，李赟，徐宗發.應用于三相并網逆變器的PR解耦控制器[J].電力電子技術，2013（4）：14?16.

[8] 趙新，金新民，周飛，等.采用降階諧振調節器的并網逆變器鎖頻環技術[J].中國電機工程學報，2013，33（15）：38?44.

[9] 陳曉云，王維慶.基于比例諧振和諧波補償的逆變器電流控制[J].電源技術，2010（7）：691?695.

[10] 馬琳，金新民，唐芬，等.小功率單相并網逆變器并網電流的比例諧振控制[J].北京交通大學學報，2010（2）：128?132.

摘 要： 針對單相并網變流系統采用傳統的比例積分（PI）控制器在跟蹤并網電流指令時存在穩態誤差，以及傳統的比例諧振（PR）控制器在離散化過程中存在諧振點偏移的缺陷，提出一種新的離散比例諧振（DPR）控制器。該控制器包含比例項，前饋項和諧振項。諧振項采用一組離散二階狀態方程實現，替代傳統PR控制器離散化后的二階差分方程，能使控制器具有無靜差的穩態特性。與傳統PR控制器相比，由于諧振項直接采用離散狀態方程實現，DPR控制器不會因為離散過程導致諧振點偏移而影響控制器性能。最后通過實驗驗證了該方法的有效性。

關鍵詞： 并網逆變器； 并網電流； 比例諧振； 無靜差

中圖分類號： TN710?34； TM494 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）17?0154?03

Abstract： Since the single?phase grid?connected Converter system with traditional PI controller has steady?state error in tracking the grid?connected current instruction， and traditional proportion resonant （PR） controller has defects of the resonant point shift in the discretization process， a new discrete proportion resonant （DPR） controller is proposed in this paper. The controller contains proportional， feedforward and resonant terms. A set of discrete second?order state equation is adopted for implementation of the resonant term to replace the second?order differential equation of traditional PR controller after discretization. It can make the controller has non?static error characteristics. Compared with the traditional PR controller， DPR controller will not result in resonance point shift by discrete process and then affect controller performance because the resonant term is directly realized by the discrete state equation. The effectiveness of the method was verified by experiments.

Keywords： grid?connected converter； grid?connected current； proportion resonance； non?static error

0 引 言

單相并網變流器采用傳統的PI控制作為并網電流內環控制器時，因為并網電流指令是與電網電壓同頻同相的正弦量， PI控制器無法使并網電流無靜差的跟蹤并網電流指令，從而不利于并網逆變器的單位功率因數并網。比例諧振（PR）控制器[1?4]具有對交流無靜差跟蹤的穩態特性，因此受到廣泛關注。但傳統的PR控制器一般采用在連續域設計，再離散成差分方程實現，其離散化過程復雜，且在離散化過程中，會造成諧振點的偏移[5?6]，其偏移程度一般隨采樣周期的增大而增大，從而使PR控制器失去對期望頻率點無靜差跟蹤能力。

對此，本文提出一種單相離散比例諧振（DPR）控制器，其諧振項直接在離散域設計，采用二階狀態方程實現，諧振頻率穩定，不受系統采樣周期影響，結構簡單，易于數字實現。實驗驗證了該控制方法的有效性。

3 結 論

本文提出的DPR控制器，其諧振點不受采樣周期的影響，具有對并網電流指令無靜差的跟蹤特性， 對比實驗驗證了DPR控制方法比傳統PI控制方法的優越性。

參考文獻

[1] 黃如海，謝少軍.基于比例諧振調節器的逆變器雙環控制策略研究[J].電工技術學報，2012（2）：77?81.

[2] 李立，趙葵銀，徐昕遠，等.單相PWM整流器比例諧振控制與前饋補償控制[J].電力系統保護與控制，2010（9）：75?79.

[3] 馬琳，金新民，唐芬，等.三相并網逆變器比例諧振控制及其網壓前饋問題分析[J].電工技術學報，2012（8）：56?63.

[4] 孟建輝，石新春，付超，等.基于PR控制的光伏并網電流優化控制[J].電力自動化設備，2014（2）：42?47.

[5] YEPES A G， FREIJEDO F D， LOPEZ O， et al. High?performance digital resonant controllers implemented with two integrators [J]. IEEE Transactions on Power Electronics， 2011， 2： 563?576.

[6] KELLER J P， ANDERSON B D O. A new approach to the discretization of continuous?time controllers [C]// American Control Conference. USA： IEEE， 1990： 1127?1133.

[7] 劉紅，李赟，徐宗發.應用于三相并網逆變器的PR解耦控制器[J].電力電子技術，2013（4）：14?16.

[8] 趙新，金新民，周飛，等.采用降階諧振調節器的并網逆變器鎖頻環技術[J].中國電機工程學報，2013，33（15）：38?44.

[9] 陳曉云，王維慶.基于比例諧振和諧波補償的逆變器電流控制[J].電源技術，2010（7）：691?695.

[10] 馬琳，金新民，唐芬，等.小功率單相并網逆變器并網電流的比例諧振控制[J].北京交通大學學報，2010（2）：128?132.

摘 要： 針對單相并網變流系統采用傳統的比例積分（PI）控制器在跟蹤并網電流指令時存在穩態誤差，以及傳統的比例諧振（PR）控制器在離散化過程中存在諧振點偏移的缺陷，提出一種新的離散比例諧振（DPR）控制器。該控制器包含比例項，前饋項和諧振項。諧振項采用一組離散二階狀態方程實現，替代傳統PR控制器離散化后的二階差分方程，能使控制器具有無靜差的穩態特性。與傳統PR控制器相比，由于諧振項直接采用離散狀態方程實現，DPR控制器不會因為離散過程導致諧振點偏移而影響控制器性能。最后通過實驗驗證了該方法的有效性。

關鍵詞： 并網逆變器； 并網電流； 比例諧振； 無靜差

中圖分類號： TN710?34； TM494 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）17?0154?03

Abstract： Since the single?phase grid?connected Converter system with traditional PI controller has steady?state error in tracking the grid?connected current instruction， and traditional proportion resonant （PR） controller has defects of the resonant point shift in the discretization process， a new discrete proportion resonant （DPR） controller is proposed in this paper. The controller contains proportional， feedforward and resonant terms. A set of discrete second?order state equation is adopted for implementation of the resonant term to replace the second?order differential equation of traditional PR controller after discretization. It can make the controller has non?static error characteristics. Compared with the traditional PR controller， DPR controller will not result in resonance point shift by discrete process and then affect controller performance because the resonant term is directly realized by the discrete state equation. The effectiveness of the method was verified by experiments.

Keywords： grid?connected converter； grid?connected current； proportion resonance； non?static error

0 引 言

單相并網變流器采用傳統的PI控制作為并網電流內環控制器時，因為并網電流指令是與電網電壓同頻同相的正弦量， PI控制器無法使并網電流無靜差的跟蹤并網電流指令，從而不利于并網逆變器的單位功率因數并網。比例諧振（PR）控制器[1?4]具有對交流無靜差跟蹤的穩態特性，因此受到廣泛關注。但傳統的PR控制器一般采用在連續域設計，再離散成差分方程實現，其離散化過程復雜，且在離散化過程中，會造成諧振點的偏移[5?6]，其偏移程度一般隨采樣周期的增大而增大，從而使PR控制器失去對期望頻率點無靜差跟蹤能力。

對此，本文提出一種單相離散比例諧振（DPR）控制器，其諧振項直接在離散域設計，采用二階狀態方程實現，諧振頻率穩定，不受系統采樣周期影響，結構簡單，易于數字實現。實驗驗證了該控制方法的有效性。

3 結 論

本文提出的DPR控制器，其諧振點不受采樣周期的影響，具有對并網電流指令無靜差的跟蹤特性， 對比實驗驗證了DPR控制方法比傳統PI控制方法的優越性。

參考文獻

[1] 黃如海，謝少軍.基于比例諧振調節器的逆變器雙環控制策略研究[J].電工技術學報，2012（2）：77?81.

[2] 李立，趙葵銀，徐昕遠，等.單相PWM整流器比例諧振控制與前饋補償控制[J].電力系統保護與控制，2010（9）：75?79.

[3] 馬琳，金新民，唐芬，等.三相并網逆變器比例諧振控制及其網壓前饋問題分析[J].電工技術學報，2012（8）：56?63.

[4] 孟建輝，石新春，付超，等.基于PR控制的光伏并網電流優化控制[J].電力自動化設備，2014（2）：42?47.

[5] YEPES A G， FREIJEDO F D， LOPEZ O， et al. High?performance digital resonant controllers implemented with two integrators [J]. IEEE Transactions on Power Electronics， 2011， 2： 563?576.

[6] KELLER J P， ANDERSON B D O. A new approach to the discretization of continuous?time controllers [C]// American Control Conference. USA： IEEE， 1990： 1127?1133.

[7] 劉紅，李赟，徐宗發.應用于三相并網逆變器的PR解耦控制器[J].電力電子技術，2013（4）：14?16.

[8] 趙新，金新民，周飛，等.采用降階諧振調節器的并網逆變器鎖頻環技術[J].中國電機工程學報，2013，33（15）：38?44.

[9] 陳曉云，王維慶.基于比例諧振和諧波補償的逆變器電流控制[J].電源技術，2010（7）：691?695.

[10] 馬琳，金新民，唐芬，等.小功率單相并網逆變器并網電流的比例諧振控制[J].北京交通大學學報，2010（2）：128?132.