光伏并網逆變器直流側電壓的自抗擾控制改進

鍵詞：光伏逆變器；直流側電壓；自抗擾；控制策略；總諧波畸變率中圖分類號：TM712；TQ035 文獻標志碼：A 文章編號：1001-5922（2025）10-0179-04

Improvement of auto disturbance rejection control for DC side voltage of photovoltaic grid-connected inverter

LIBohao，YEHaiping，JIAYonglei，LIUJiandong，PUMing，YE Zhancheng， LIShuangde，WANGChanghong，GUZhaojun，HAI Yulian （State Grid Qinghai Provincial Electric Power Company Haidong Power Supply Company， Haidong 81060o，Qinghai China）

Abstract：The powergenerationof photovoltaic inverters iseasilyafected byenvironmental factors such as light intensityand temperature，resulting inalarge disturbance onthe DC sidevoltage.Inthis regard，this paper proposes a DC-side voltage control strategy based on first-order improved linear active disturbance rejection control （LADRC）. In this paper，the LCL photovoltaic inverter grid-connected system is modeled firstly，and then the improved LADRC controlleris designed and its performance is further analyzed.Finally，through MATLAB simulationsoftware，the control strategyproposed in this paper is compared with the traditional LADRC control strategy under two different working conditions.The simulationresults show thatthe control strategy proposed inthis paper is superior to the traditional LADRCcontrol strategyinterms ofovershoot，and the total harmonic distortion（THD）of thecurrent is less than 5% under the control strategy，which verifies the effectiveness and adaptability of the strategy，and has certain reference value in engineering practice.

Key Words： photovoltaic inverter;DC side voltage;self disturbance rejection;control strategy;THD

光伏發電輸出功率具有明顯的波動性和隨機性，使電力系統的穩定面臨諸多挑戰13。在光照強度、溫度變化下提高光伏并網逆變器的直流側電壓的控制策略，國內外學者進行了廣泛的探究4。PI控制策略、滑模控制策略、自適應控制策略、重復控制策略是使用最多的光伏逆變器控制方式[7-10]。

針對控制策略的缺陷，諸多學者將自抗擾控制理念應用于光伏逆變器并網電壓外環控制中[11-14]

因此，本文提出一種改進LADRC控制器，即采用周雪松等[15]中提出的新型線性擴張狀態觀測器（linearextendedstateobserver，LESO）的基礎上，在控制器輸入信號中增加一次微分前饋項環節。并將其代替系統外環PI控制器。本文首先建立光伏并網逆變器的數學模型，之后，對改進LADRC控制器的性能進行分析，最后通過MATLAB/Simulink仿真，驗證該方法的有效性與適應性。

1LCL型光伏并網系統建模

三相LCL型光伏并網系統如圖1所示。

圖1中：C，為光伏系統輸入側濾波電容；LBoost為Boost變換器升壓電感； C₂ 為直流側電容； C 為LCL型濾波器的濾波電容; u_abc 和 i_sabc 分別為逆變器側輸出三相電壓和三相電流; L₁ 和 L₂ 為LCL型濾波器逆變側及網側電感； i_o 為Boost變換器輸出電流， i_c 為直流側電容電流， i₂ 為逆變器輸入電流， u_sabc 為電網電壓。

參考文獻[13]可知：低頻段LCL濾波器特性與L濾波器相近，因此在進行建模時將LCL濾波器等效。故根據圖1可建立光伏逆變器 dq 軸數學模型：

根據式（1）可知系統為一階系統，故后文針對一階線性自抗擾控制器進行外環設計。

2 改進LADRC控制器設計及外環控制策略分析

2.1 改進LADRC控制器設計

本文提出一階改進LADRC控制器，控制器由LESO和線性狀態誤差反饋控制律（LSEF組成。

采用文獻[15]提出的新型LESO設計理念，其表達式為：

根據極點配置法可得：

在不影響直流母線電壓跟蹤性能的前提下，為了便于調整參數，選取b=b=@。

其LSEF如下：

根據式（2）和式（4）可得改進LADRC結構圖，如圖2所示。

圖2改進LADRC結構圖 Fig.2Structurediagramof improvedLADRC

2.2外環改進LADRC控制策略分析

根據式（1）可知系統電壓外環是一階系統，改寫式（1）直流側數學模型為：

結合改進LADRC時，令電壓外環輸入輸出量分 別為 x_U=U_dcref 、 y_U=U_dc 。根據瞬時功率守恒

原則有 P_ac≈P_dc ，設 U_dc≈U_dcref ，則：

將式（6）代人式（5）可得：

式（7）中，令 b₀=3U₁/（2C₂U_dcref） ， f_t=-i_n/C₂ 。將圖2進行等效，結合將式（2）和式（4），并通過拉普拉斯變換可知 U（s）?V（s） 和 Y（s） 的表達式：

令 C_m（s）=1/（s²+sω₀+sω_c） ， C_n（s）=（s+ω_c）（s+ ω₀² ， C_z（s）=ω_cω₀²+2sω_cω₀+ω₀ ；則式（8）可改寫為： ，故結合式（7）可將圖2簡化為如圖3所示。

根據上述分析將改進LADRC應用于光伏并網控制系統外環上，如圖4所示。

圖4光伏并網系統控制結構圖Fig.4Control structure of photovoltaicgridconnectedsystem

3外環改進LADRC控制器參數設計及性能分析

3.1外環改進LADRC控制器參數設計根據式（2）可得其拉普拉斯變換表達式為：

本文控制器設計方式參考文獻[16]，故再次直接給出本文控制參數。本節改進LADRC控制器 ω₀ 取2000， ω_c 取 1000 車

3.2 外環改進LADRC性能分析

3.2.1 抗擾性能分析

根據式（1）可知系統為一階系統，對于一階系統，被控對象表達式為：

將式（8）進行拉普拉斯變換與式（10）聯立可得改進LADRC輸出與擾動項表達式：

Y（s）/F（s）=（s²+sω₀+sω_c）/（（s+ω₀）²（s+ω_c））

通過式（11），繪制出改進型LADRC擾動項傳遞函數與傳統LADRC進行對比，如圖5所示。

從圖5中可以看出，在參數相同的情況下，中低頻段改進型LADRC擾動增益低于傳統LADRC，這表明改進型LADRC抗干擾能力優于傳統LADRC。

圖5改進LADRC與傳統LADRC擾動項對比圖 Fig.5Comparisonof disturbance termsbetween improvedLADRCandtraditionalLADRC

3.2.2 跟蹤誤差性能分析

令跟蹤誤差 E₁（s）=Z₁（s）-Y（s） ，將其代入式（9）的 Z₁（s） 可得：

將式（10）進行拉普拉斯變換可得：

F（s）=sY（s）-b₀U（s）

將 E₂（s）=Z₂（s）-F（s） 和式（15）代人式（9）中Z₂（s） 可得：

參考文獻可知系統穩態誤差為：

從式（15）可知改進型LADRC控制器對于輸入變量的跟蹤不會出現較大的誤差，可以改善系統性能。

3.2.3 穩定性能分析

根據圖3可知系統輸人項傳遞函數為：

式（16）中， a₀=1 ， a_?1=ω_?0+ω_?c ， a₂=ω₀²+2ω_c ω₀ ， a₃=ω₀+ω_cω₀² 。通過3.1節分析可知，觀測器帶寬 ω₀ 和控制器帶寬 ω_c 大于零，則可計算出 a₀，a₁ ，a₂ ， a₃ 的值也均大于零。則依據李納德-戚帕特定理可知系統穩定的充要條件是：

經計算系統3階赫爾維茲行列式大于零，即Δ₃gt;0 ，故改進LADRC投入之后系統穩定。

4仿真驗證

為驗證改進LADRC控制策略的有效性，基于Matlab/Simulink仿真軟件，根據圖1和圖4搭建了經

LCL光伏并網主電路模型及控制模型，逆變器模型主要參數：LCL濾波器逆變側電感 L₁=3mH ;LCL濾波器網側電感 L₂=1.5mH ；直流側母線電壓參考 U_dcref= 600V;LCL濾波器濾波電容 C=20μF 。

光照強度變化

根據3.1節內容分析，傳統LADRC與改進LADRC的參數保持一致。

根據圖6與表1分析可知：2種工況下在超調量方面改進LADRC比傳統LADRC有明顯的改善，2種控制策略在進入穩態之前改進LADRC的波動范圍明顯低于傳統LADRC，在進入穩態之后本文提出的控制策略跟蹤誤差較小。此外，通過THD諧波含量可知本文提出的控制策略電流質量較好，系統處于穩定狀態，驗證了本文的3.2節的性能分析。

表1光照強度變化控制策略對比 Tab.1Comparison of control strategies for light intensity change

5結語

本文針對光伏逆變器在光照強度、溫度變化的情況下，導致在直流側電壓上產生較大擾動，提出了一階改進線性自抗擾（LADRC）的直流側電壓控制策略。主要結論：在光照強度增大和減小時，本文提出的控制策略的超調量比傳統LADRC控制分別低1.1%1.66% ；而在溫度增大和減小時，本文提出的控制策略的超調量比傳統LADRC控制分別低 0.77% 、0.83% 。并且本文所提出的控制策略的THD諧波含量都低于 5% ，在工程實踐應用中具有一定的參考價值。

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