數(shù)字化光伏發(fā)電逆變器的設(shè)計(jì)

擾動(dòng)輸入d(k)到跟蹤誤差e(k)的傳函可表示為

H（z）≡= (1)

式中：N表示一個(gè)基波周期的采樣次數(shù)。

對(duì)應(yīng)s域中的頻率響應(yīng)為

H(jω)=H(z) (2)

式中：T代表采樣周期。

如果d(k)的頻率是基波周期的整數(shù)倍，并假定Q(z)=1且PB(z)穩(wěn)定，有

|H(jω)|=0 (3)

這表明重復(fù)控制器消除了頻率為基波周期整數(shù)倍干擾產(chǎn)生的跟蹤誤差，從而得到了非常好的跟蹤效果。

當(dāng)然，為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定，一般取Q(z)1，這樣就有

|H(jω)|μ(jω) (4)

式中：μ(jω)為一很小的數(shù)。

另外，從直觀上講，重復(fù)控制器可以看作N個(gè)積分調(diào)節(jié)器，對(duì)應(yīng)于參考信號(hào)的N個(gè)采樣點(diǎn)。從而，一個(gè)瞬時(shí)值跟蹤系統(tǒng)分解為N個(gè)恒值調(diào)節(jié)系統(tǒng)，通過各采樣點(diǎn)的無靜差跟蹤，保證了整個(gè)正弦參考信號(hào)的跟蹤精度。

重復(fù)控制雖然可以保證輸出波形，但它卻有一個(gè)致命的弱點(diǎn)。由圖3可以看出，重復(fù)控制得到的控制指令并不是立即輸出給系統(tǒng)，而是滯后一個(gè)參考周期后才輸出。這樣，如果系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)干擾，消除干擾對(duì)輸出的影響至少要一個(gè)參考周期。干擾出現(xiàn)后的一個(gè)參考周期內(nèi)，系統(tǒng)對(duì)干擾并不產(chǎn)生任何調(diào)節(jié)作用，這一個(gè)周期系統(tǒng)近乎處于開環(huán)控制狀態(tài)。因此，重復(fù)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度是非常慢的。

由于上述原因，對(duì)于高要求的光伏系統(tǒng)逆變器不宜單獨(dú)采用重復(fù)控制[4][5]。采用數(shù)字PID控制雖然輸出電壓波形質(zhì)量不是很高，但它卻是以開關(guān)周期對(duì)跟蹤誤差進(jìn)行調(diào)節(jié)。仔細(xì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)參數(shù)，可以使系統(tǒng)獲得良好的動(dòng)態(tài)特性。綜合考慮，將兩種控制方式結(jié)合在一起，取長補(bǔ)短，利用重復(fù)控制改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出波形質(zhì)量，利用數(shù)字PID控制或極點(diǎn)配置提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，使系統(tǒng)兼具良好的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)特性。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

針對(duì)以上的分析，在一15kW光伏系統(tǒng)單相全橋逆變器上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，參數(shù)如下:開關(guān)器件采用IGBT模塊，濾波電感Lf=0.68mH，濾波電容Cf=50μF，數(shù)字信號(hào)處理器采用TI公司的TMS320F240DSP，并采用240DSP自帶雙10位A/D轉(zhuǎn)換器。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

(a) 閉 環(huán) 空 載 波 形

(b) 閉 環(huán) 加 載 波 形 （R=5Ω）

圖5 實(shí) 驗(yàn) 波 形

從圖5中可以看出，采用離散重復(fù)控制可以保證光伏逆變器在空載條件下保持穩(wěn)定，在帶載條件下可以明顯改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能，顯著降低系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。

5 結(jié)語

本文分析了光伏發(fā)電系統(tǒng)逆變器數(shù)字化實(shí)現(xiàn)的意義，并對(duì)整個(gè)系統(tǒng)及其控制電路進(jìn)行了分析，在控制算法上，采用離散重復(fù)控制策略，使系統(tǒng)在周期性擾動(dòng)信號(hào)下的穩(wěn)態(tài)性能得以改善。由于數(shù)字化控制的優(yōu)越性比較明顯，因此在偏遠(yuǎn)地區(qū)及其它應(yīng)用場(chǎng)合，數(shù)字化光伏發(fā)電系統(tǒng)逆變器的應(yīng)用將會(huì)越來越廣泛。