楊　剛　楊奇遜　張　濤　劉　樹　張　恒

(1.新能源電力系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(華北電力大學(xué))　北京　102206

2.北京四方繼保自動化股份有限公司　北京　100084

3.國網(wǎng)北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院　北京　102209)

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微網(wǎng)中雙向DC-AC變流器的性能優(yōu)化控制

楊剛1楊奇遜1張濤2劉樹2張恒3

(1.新能源電力系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(華北電力大學(xué))北京102206

2.北京四方繼保自動化股份有限公司北京100084

3.國網(wǎng)北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院北京102209)

摘要為解決用于直流微網(wǎng)與交流電網(wǎng)相連的雙向DC-AC變流器因受到交直流雙側(cè)母線電壓諧波的影響而導(dǎo)致的交流并網(wǎng)電流波形質(zhì)量惡化等問題，首次推導(dǎo)了考慮交直流雙側(cè)電壓諧波情況下的DC-AC變流器交流并網(wǎng)電流的表達(dá)式，揭示了交直流雙側(cè)電壓諧波影響的本質(zhì)和特征。同時引入DC-AC變流器交流側(cè)并網(wǎng)電流dq軸分量的比例-積分-雙重復(fù)控制策略以抑制上述影響。進(jìn)一步針對數(shù)字化系統(tǒng)中存在的系統(tǒng)采樣頻率與基波頻率比為非整數(shù)造成重復(fù)控制器增益顯著衰減的問題，提出基于對期望采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行局部線性插值的重復(fù)控制器增益提升方法，以增強(qiáng)重復(fù)控制器對交流電網(wǎng)電壓諧波的抑制性能。詳細(xì)的仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了理論分析以及所提交流并網(wǎng)電流波形質(zhì)量優(yōu)化控制策略的正確性和有效性。

關(guān)鍵詞：微電網(wǎng)DC-AC變流器雙側(cè)電壓諧波重復(fù)控制

0引言

微網(wǎng)作為一種分布式發(fā)電源的集成互聯(lián)形式，因其具有無需考慮配電線路的渦流損耗以及線路吸收的無功能量、較高的控制靈活性和可靠性等優(yōu)點(diǎn)，在分布式可再生能源發(fā)電領(lǐng)域顯示出了巨大的發(fā)展?jié)摿蛷V闊的應(yīng)用前景[1- 8]。

目前的微網(wǎng)已經(jīng)發(fā)展為交流微網(wǎng)、直流微網(wǎng)以及交直流混合微網(wǎng)，可以更加靈活地接入具有不同輸出電能形式的微源以及負(fù)載。作為保證電能持續(xù)傳輸并且維持較高電能質(zhì)量的關(guān)鍵裝置，交直流微網(wǎng)互聯(lián)以及聯(lián)網(wǎng)型直流微網(wǎng)中用于連接交流電網(wǎng)的雙向DC-AC變流器的控制問題得到了廣泛關(guān)注[9-11]。圖1所示為聯(lián)網(wǎng)型直流微網(wǎng)的典型結(jié)構(gòu)，當(dāng)直流母線帶動單相交流逆變電源時，會產(chǎn)生周期波動(即直流電壓諧波)，而交流母線電壓也會存在低次諧波。通常DC-AC變流器采用基于同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換的矢量控制策略。當(dāng)采用比例積分(Proportional Integral，PI)控制器對并網(wǎng)電流的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的dq軸分量進(jìn)行控制時，由于PI控制器不具備抗周期擾動的能力，因此造成交直流雙側(cè)電壓諧波均會在并網(wǎng)電流中產(chǎn)生低次諧波，進(jìn)而造成對交流電網(wǎng)電壓的諧波污染。

圖1　典型聯(lián)網(wǎng)型直流微電網(wǎng)簡化結(jié)構(gòu)Fig.1　Simplified structure of grid-connected DC microgrid

目前對DC-AC變流器交流電網(wǎng)電壓諧波以及不平衡條件下的電流控制問題進(jìn)行了大量的研究工作，如基于正負(fù)序電壓矢量分離的雙旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的矢量控制策略[12-14]以及直接功率控制策略[15]等。而在抑制交流電網(wǎng)諧波方面，一種方案是引入諧振控制器，通過在諧波頻率處產(chǎn)生較大增益來抑制諧波[16，17]。由于一個諧振控制器只能消除某一次諧波，因此在諧波次數(shù)分布較廣時需要較多的諧振控制器，以致系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。另一種方案是加入重復(fù)控制器，利用其在整數(shù)倍次頻率處具有較大增益的特點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)對多次諧波的抑制[18-20]，并針對重復(fù)控制器存在的動態(tài)響應(yīng)較慢、穩(wěn)定性較差等缺點(diǎn)進(jìn)行了一些改進(jìn)[21-23]。

綜上所述，現(xiàn)有文獻(xiàn)中主要針對交流電網(wǎng)電壓諧波的抑制開展了相應(yīng)的研究工作，而對于同時解決DC-AC變流器交直流雙側(cè)電壓諧波影響方面的研究鮮見報導(dǎo)，在機(jī)理分析以及解決方案方面均有待開展深入細(xì)致的研究工作。

本文首次分析了交直流雙重電壓諧波對用于雙級式變流器以及直流微電網(wǎng)和交流電網(wǎng)互聯(lián)的DC-AC變流器交流側(cè)并網(wǎng)電流的影響，進(jìn)而引入比例積分結(jié)合雙重復(fù)控制(Proportional-Integral-Dual Repetitive Control，PI-DRC)策略抑制交直流雙側(cè)電壓諧波的影響。進(jìn)一步提出在采樣頻率與電網(wǎng)基波頻率的比值為非整數(shù)時重復(fù)控制器的增益提升方法，以提高所提出的方案對交直流電壓諧波的抑制能力，同時優(yōu)化交流并網(wǎng)電流的波形質(zhì)量。

1交直流雙側(cè)電壓諧波對并網(wǎng)電流的影響分析

圖2　基于矢量控制的DC-AC變流器原理結(jié)構(gòu)Fig.2　Principle diagram of DC-AC converter based on vector control

同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下DC-AC變流器的s域平均模型為

(1)

式中，ugd為交流電網(wǎng)電壓d軸分量；uid、uiq分別為變流器輸出電壓的dq軸分量；mid、miq分別為uid、uiq忽略高次諧波的幅值調(diào)制比。

下面以q軸電流為例，分析交直流雙側(cè)電壓諧波的影響。在DC-AC變流器中通常加入前饋解耦環(huán)節(jié)以實(shí)現(xiàn)dq軸電流的解耦控制。采用PI控制器的q軸并網(wǎng)電流分量控制環(huán)的閉環(huán)傳遞函數(shù)可以表示為

(2)

直流電壓的擾動傳遞函數(shù)為

(3)

交流母線電壓的擾動傳遞函數(shù)為

(4)

式中，Udc、Miq分別為所選取的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)對應(yīng)的直流電壓和q軸幅值調(diào)制比；上標(biāo)“^”代表各變量在s域下的小信號擾動；KqP和KqI分別為q軸電流環(huán)的比例和積分系數(shù)。

首先分析直流電壓擾動的影響，這里采用求取閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的方法來實(shí)現(xiàn)。在直流母線帶動單相逆變負(fù)載時，直流電壓會存在單相逆變負(fù)載二倍頻的周期波動，假設(shè)

(5)

由于直流電壓擾動為正弦量，需要采用級數(shù)求解法來獲得其穩(wěn)態(tài)誤差。由自動控制理論可知，擾動穩(wěn)態(tài)誤差的級數(shù)表達(dá)式為

(6)

(7)

式中，Φn(s)為擾動傳遞函數(shù)。對于本文所述DC-AC變流器，Φn(s)=Φiudc(s)。

根據(jù)式(3)、式(5)～式(7)，求得并網(wǎng)電流q軸分量在直流電壓擾動下的穩(wěn)態(tài)誤差表達(dá)式。為簡化分析，只給出前三項(xiàng)，即

(8)

(9)

式中，KdP和KdI分別為d軸電流環(huán)的比例和積分系數(shù)。

在得到直流側(cè)電壓的周期波動對DC-AC變流器并網(wǎng)電流影響表達(dá)式的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步按照上述思想求取變流側(cè)電壓諧波對并網(wǎng)電流的影響。考慮電網(wǎng)電壓存在5、7、11次諧波時，其dq軸分量擾動可以表示為

(10)

式中，Ugdm5、Ugdm7、Ugdm11和φg5、φg7、φg11分別為5、7、11次諧波的幅值和初始相位；φg1為電網(wǎng)電壓基波矢量的初始相位。

根據(jù)式(4)～式(7)，求得并網(wǎng)電流q軸分量在交流電網(wǎng)電壓擾動下的穩(wěn)態(tài)誤差表達(dá)式為

(11)

式中

由上式可知，電網(wǎng)電壓的k次諧波會在q軸上產(chǎn)生k-1的電流諧波。

同理，可以求得并網(wǎng)電流d軸分量在交流電網(wǎng)電壓擾動下的穩(wěn)態(tài)誤差表達(dá)式為

(12)

式中

若令KdP=KqP、 KdI=KqI、 Mid=Miq， 將所得到的并網(wǎng)電流dq軸分量的穩(wěn)態(tài)誤差表達(dá)式經(jīng)過同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系逆變換后，得到a相并網(wǎng)電流的諧波表達(dá)式為

(13)

由上述分析可知，當(dāng)并網(wǎng)電流dq軸分量采用PI控制器時，直流電壓存在的周期波動會在交流并網(wǎng)電流中產(chǎn)生2ωd±ω次諧波，而電網(wǎng)電壓諧波會產(chǎn)生相同頻率的諧波。上述兩方面造成并網(wǎng)電流中產(chǎn)生較大諧波，惡化了并網(wǎng)電流波形質(zhì)量。

2并網(wǎng)電流的PI-DRC及其改進(jìn)

2.1并網(wǎng)電流的PI-DRC控制策略

為解決交直流雙側(cè)的電壓諧波在電流dq軸分量上均會產(chǎn)生的偶數(shù)次諧波的問題，本文引入PI結(jié)合兩個RC電路的電流控制策略。其中PI控制器用于直流分量的閉環(huán)控制，而RC用于諧波抑制。理論上，ωd=ω，但是實(shí)際系統(tǒng)中ωd通過軟件控制，可以認(rèn)為不變，而電網(wǎng)角頻率受到實(shí)際供電條件的影響，會發(fā)生變化，因此采用兩個RC進(jìn)行抑制。其基本思想是：將PI控制器和兩個RC相結(jié)合用于并網(wǎng)電流d、q軸分量的控制。其中第一個重復(fù)控制器(RC1)用于實(shí)現(xiàn)直流電壓諧波的抑制，而第二個重復(fù)控制器(RC2)用于電網(wǎng)電壓諧波的抑制，兩個RC具有相同的結(jié)構(gòu)，只是延時常數(shù)不同。圖3給出了相應(yīng)的并網(wǎng)電流閉環(huán)控制框圖，點(diǎn)劃線框內(nèi)的環(huán)節(jié)為重復(fù)控制器[16]。圖中，e-sTRC1代表等效延時環(huán)節(jié)，TRC1為重復(fù)控制器的固有延時常數(shù)；KRC1為其比例系數(shù)；Q1(s)為重復(fù)控制器外加的低通濾波器，用于提高魯棒性和穩(wěn)定性；N1(s)用于補(bǔ)償延時環(huán)節(jié)的相位滯后和增益；GPIq(s)為比例積分控制器的傳遞函數(shù)；GRC2(s)為RC2的傳遞函數(shù)。

圖3　并網(wǎng)電流q軸分量的PI-DRC控制策略原理框圖Fig.3　Schematic of PI-DRC of q-axle component of grid current

(14)

對于Q1(s)， 采用一階零相移濾波器，為

(15)

對于N1(s)， 選擇純超前補(bǔ)償器，其傳遞函數(shù)為

N1(s)=esΔT

(16)

式中，ΔT為超前補(bǔ)償時間；TRC1=π/ωd。而對于RC2的各項(xiàng)參數(shù)，應(yīng)有TRC2=π/ω，其余參數(shù)與RC1相同。

下面分析采用上述方案后的系統(tǒng)控制性能。加入RC后電流環(huán)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為

(17)

eiq(t)=

(18)

由式(18)可知，采用所提出方案的并網(wǎng)電流穩(wěn)態(tài)誤差為零，說明仍然能夠?qū)崿F(xiàn)并網(wǎng)電流的無靜差控制。

新的直流電壓擾動傳遞函數(shù)為

(19)

而新的電網(wǎng)電壓擾動傳遞函數(shù)為

(20)

由前述分析可知

農(nóng)村地區(qū)在實(shí)行鄉(xiāng)村振興政策的進(jìn)程中，面臨著包括農(nóng)村金融體制完善性缺失、金融風(fēng)險化解機(jī)制缺失和資源配置不均衡等方面的問題。在這樣的背景下，就需要我國政府通過提升農(nóng)村金融服務(wù)管理體系的科學(xué)性和創(chuàng)建完善的農(nóng)村金融風(fēng)險承擔(dān)和應(yīng)對機(jī)制的方式，來實(shí)現(xiàn)農(nóng)村地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，進(jìn)而促進(jìn)整個中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，為中國人民享受更好的生活品質(zhì)而努力。

式中，l=0,1,2,…。 即在4πfd、4πf及其整數(shù)倍處的幅值增益為零。

2.2采樣頻率/擾動信號頻率比為非整數(shù)時的改進(jìn)方案

在所提出的PI-DRC策略的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析電網(wǎng)電壓頻率變化對RC性能的影響及其解決方案。令采樣頻率為fs，有RC2中的延時常數(shù)為

(21)

式中，NRC2為采樣頻率與擬抑制信號頻率的比值，即頻率比。當(dāng)TRC2/Ts為整數(shù)時，RC的實(shí)際固有延時常數(shù)與其期望值相等；當(dāng)TRC2/Ts為非整數(shù)時，由于NRC1只能取為最接近頻率比的整數(shù)，導(dǎo)致重復(fù)控制器的延時常數(shù)存在偏差。實(shí)際系統(tǒng)中，由于交流電網(wǎng)頻率存在波動和偏差，TRC2/Ts的值無法始終為整數(shù)，從而造成NRC2與實(shí)際的TRC2/Ts存在差異。在用于直流母線與交流母線互聯(lián)的DC-AC變流器中，由于其功率相對較大，功率器件的工作頻率通常都選得較低，系統(tǒng)采樣頻率亦隨之降低，從而也造成上述差異較大。下面首先分析延時常數(shù)偏差對RC2增益的影響，進(jìn)而提出增益提升方法。

由重復(fù)控制器的原理可得其標(biāo)準(zhǔn)形式為

(22)

定義

(23)

(24)

(25)

對應(yīng)實(shí)際電網(wǎng)的變化為

=[-3.4%, 3.2%]

(26)

實(shí)際電網(wǎng)頻率受隨機(jī)性負(fù)載的影響變化范圍會超過上述范圍，從而導(dǎo)致重復(fù)控制器的增益下降，也因此降低了交直流雙側(cè)電壓諧波的抑制能力。進(jìn)一步繪制RC2的伯德圖及各頻率點(diǎn)的幅值增益如圖4所示。由此圖可知，二倍頻的幅值增益由140 dB降低到20 dB，說明延時常數(shù)的偏差造成重復(fù)控制器的幅值增益降低明顯，從而導(dǎo)致其對電壓諧波的抑制效果明顯降低。

圖4　延時常數(shù)存在偏差時的RC伯德圖Fig.4　Bode diagram of RC with error delay constant

現(xiàn)有文獻(xiàn)中，給出了一些RC對被控對象的頻率變化適應(yīng)性的解決方案，如對RC中的延時常數(shù)根據(jù)被控對象的頻率變化進(jìn)行在線調(diào)整等[15-17]。但是上述方案并不能解決由于系統(tǒng)的數(shù)字化實(shí)現(xiàn)方案帶來的采樣頻率與被控對象頻率的比值為非整數(shù)時的控制性能惡化的問題。

下面提出一種基于線性插值對實(shí)際采樣值進(jìn)行在線估計(jì)的方法以增強(qiáng)RC的幅值增益，如圖5所示。即通過對期望采樣點(diǎn)相鄰的兩個采樣值進(jìn)行線性插值運(yùn)算，進(jìn)而獲得期望采樣點(diǎn)的估計(jì)值，從而提升其幅值增益。線性插值算法的標(biāo)準(zhǔn)公式為

(27)

(28)

圖5　采樣點(diǎn)信號線性插值原理示意圖Fig.5　Schematic of linear interpolation algorithm of sampling signal

(29)

圖6　加入線性插值估計(jì)算法的重復(fù)控制器伯德圖Fig.6　Bode diagram of repetitive controller with linear interpolation estimating algorithm

3仿真結(jié)果及分析

表1　仿真系統(tǒng)參數(shù)及電網(wǎng)數(shù)據(jù)

圖7為在表1給出的仿真參數(shù)下，應(yīng)用傳統(tǒng)PI控制以及理想條件下的PI-DRC控制的DC-AC變流器輸出的仿真波形。其中，圖7a給出了采用傳統(tǒng)PI控制器的仿真波形。由圖可知，在傳統(tǒng)PI控制下，DC-AC變流器輸出的交流并網(wǎng)電流產(chǎn)生了明顯畸變，其A相并網(wǎng)電流頻譜顯示并網(wǎng)電流包含較高含量的3、5、7、11次等諧波，同時總電流諧波畸變率(Total Harmonic Distortion，THD)達(dá)到6.47%，已經(jīng)超過了相應(yīng)的并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。圖7b給出了在理想條件下，采用PI結(jié)合傳統(tǒng)RC的控制方案的仿真結(jié)果，由并網(wǎng)電流仿真波形圖以及A相電流的頻譜分析可以看出，并網(wǎng)電流各次諧波均得到了有效抑制，電流THD下降到2.98%。

圖8a給出了電網(wǎng)電壓變?yōu)?1 Hz時采用PI結(jié)合傳統(tǒng)RC的控制方案的仿真結(jié)果，此時由于RC的延時時間保持不變，導(dǎo)致諧波抑制能力下降，電流THD達(dá)到5.01%。而圖8b給出了采用PI結(jié)合改進(jìn)RC方案的

圖7　DC-AC變流器仿真波形Fig.7　Simulation waveforms of the DC-AC inverter

仿真結(jié)果，由于RC的延時時間根據(jù)電網(wǎng)頻率進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，從而保持了較高的諧波抑制能力，電流THD下降到3.12%，與圖7b給出的理想條件下的電流THD接近。說明所提出的改進(jìn)方案實(shí)現(xiàn)了交直流雙側(cè)電壓諧波條件下的并網(wǎng)電流波形質(zhì)量優(yōu)化。最后，給出了并網(wǎng)電流階躍變化時的仿真結(jié)果如圖9所示。在不同并網(wǎng)電流基波幅值的情況下，均獲得了較好的諧波抑制效果，說明具有較好的電流幅值適應(yīng)性，而其動態(tài)響應(yīng)較快，整個過程電流波形保持平穩(wěn)。

圖8　電網(wǎng)頻率變化時的DC-AC變流器仿真波形Fig.8　Simulation waveforms of the DC-AC inverter under variation of grid frequency conditions

圖9　DC-AC變流器階躍響應(yīng)仿真波形Fig.9　Simulation waveforms of step response of DC-AC inverter

4實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為進(jìn)一步驗(yàn)證本文的理論分析結(jié)果和所提出改進(jìn)的重復(fù)控制策略在變流器交直流雙側(cè)電壓諧波影響下的性能，搭建了基于DSP TMS320F28335的實(shí)驗(yàn)平臺進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)參數(shù)見表2。由于很難在交流電網(wǎng)電壓中直接注入低次諧波，因此只對直流電壓波動下的采用PI調(diào)節(jié)器和所提出的改進(jìn)PI-DRC兩種情況下的系統(tǒng)性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。為模擬直流電壓的周期波動，使變流器工作于整流狀態(tài)，同時直流側(cè)連接單相交流逆變電源，其處于直流電壓、負(fù)載電流雙閉環(huán)工作狀態(tài)，由此會在直流電壓中產(chǎn)生100 Hz的周期波動。

表2　實(shí)驗(yàn)平臺系統(tǒng)參數(shù)

圖10a給出了10 kV·A單相交流逆變電源的直流電壓波形及其頻譜和單相負(fù)載電流iload波形，由圖10a可知，在單相逆變負(fù)載的作用下，直流電壓存在明顯的周期波動，主要分布在負(fù)載電流的二倍頻率處。圖10b給出了采用傳統(tǒng)PI控制的變流器的a、b相并網(wǎng)電流波形以及a相電流頻譜，由圖可知，傳統(tǒng)PI控制的系統(tǒng)的交流并網(wǎng)電流波形為近似正弦波形，二者相差120°，但是由于PI控制不具備抵抗直流電壓周期波動影響的能力，造成并網(wǎng)電流中包含150 Hz、250 Hz等低次諧波，這也是與前述理論分析結(jié)果相一致的，并網(wǎng)電流THD達(dá)到6.56%，嚴(yán)重惡化了并網(wǎng)電流波形質(zhì)量。

圖10　傳統(tǒng)PI控制下DC-AC變流器實(shí)驗(yàn)波形Fig.10　Experimental waveforms of DC-AC inverter under traditional PI control

圖11　改進(jìn)后DC-AC變流器實(shí)驗(yàn)波形及動態(tài)響應(yīng)Fig.11　Improved and step response experimental waveforms of DC-AC inverter

圖11a給出了采用改進(jìn)后的PI-DRC控制的變流器的a、b相并網(wǎng)電流波形以及a相電流頻譜。由圖可知，在加入改進(jìn)的RC后，并網(wǎng)電流保持正弦波形，二者相差120°，并網(wǎng)電流中的150 Hz、250 Hz等低次諧波的幅值顯著降低，并網(wǎng)電流THD下降到3.42%，已經(jīng)滿足了相應(yīng)的并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，說明所提出的改進(jìn)方案很好地抑制了直流電壓周期波動對并網(wǎng)電流波形質(zhì)量的影響。最后，對所提出的控制策略的動態(tài)性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，圖11b和圖11c給出了a、b相并網(wǎng)電流給定突增和突降的實(shí)際電流實(shí)驗(yàn)波形，可知在電流給定突變時，經(jīng)過三個電網(wǎng)周期的過渡過程，實(shí)際并網(wǎng)電流跟隨上電流給定，具有較快的動態(tài)響應(yīng)性能，同時在動態(tài)變化過程中，并網(wǎng)電流并沒有出現(xiàn)電流波形明顯畸變的情況，說明系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性和較寬的功率適應(yīng)性。

5結(jié)論

本文對用于微網(wǎng)交直流母線互聯(lián)的DC-AC變流器在交直流雙側(cè)電壓均存在諧波時的性能及其改進(jìn)控制方案進(jìn)行了深入研究。當(dāng)并網(wǎng)電流dq軸分量采用PI控制時，直流電壓諧波在交流并網(wǎng)電流中會產(chǎn)生2ωd±ω次諧波，而交流電網(wǎng)電壓諧波會產(chǎn)生與自身相同次數(shù)的并網(wǎng)電流諧波。引入比例-積分-雙重復(fù)控制策略用于并網(wǎng)電流dq軸分量的控制，有效地抑制了交直流雙側(cè)電壓諧波的影響，顯著改善了并網(wǎng)電流波形質(zhì)量。通過線性插值對反饋信號進(jìn)行估計(jì)的重復(fù)控制的改進(jìn)方案有效增強(qiáng)了重復(fù)控制器對電網(wǎng)頻率變化的適應(yīng)能力，進(jìn)一步提高了電網(wǎng)頻率變化下的系統(tǒng)諧波抑制能力。

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E-mail：yang_g86@126.com(通信作者)

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E-mail：zhangtao@sf-auto.com

Improvement Control of Dual-Direction DC-AC Converters for Microgrids

YangGang1YangQixun1ZhangTao2LiuShu2ZhangHeng3

(1.State Key Laboratory of Alternate Electrical Power System with Renewable Energy Sources North China Electric Power UniversityBeijing102206China 2.Beijing Sifang Automation Co.LtdBeijing100084China 3.State Power Economic Research InstituteBeijing102209China)

AbstractIn the dual-direction DC-AC converter used to connect the DC microgrid and the AC grid, the AC voltage and DC voltage harmonics will generate lower-order harmonics in the AC grid current of the DC-AC converters. In order to tackle the problem, the grid current expression of the DC-AC converter considering the AC and DC dual side voltage harmonics is deduced for the first time and the essence and character of this effect have been revealed. The proportional-integral-dual repetitive control strategy is introduced into the d and q axis of the grid current to control the grid current of the DC-AC converter. Furthermore, aiming at the problem that the non-integral ratio of the sampling and fundamental frequencies in the digital system will decay the gain of the repetitive controller, a gain enhancement approach for the repetitive controller with the desirable sampling point linear interpolation algorithm is proposed to improve the performance of the repetitive control in terms of cancelling the grid voltage harmonics. Detailed simulation and experimental results validate the accuracy and validity of the theoretical analysis and the improvement scheme of the AC grid current waveform quality of the DC-AC converter.

Keywords：Microgrid, DC-AC converter, dual-side voltage harmonics, repetitive control

作者簡介

中圖分類號：TM46

收稿日期2015-11-30改稿日期2015-12-08

國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)資助項(xiàng)目(2012AA050208)。