数字化光伏发电逆变器的设计

，然后再经LC滤波，去除高频分量从而得到正弦波输出电压。

3 控制算法与实现

重复控制的基本概念来源于控制理论中的内模原理，内模原理指出：系统稳定状态下无静差跟踪输入信号的前提是闭环系统稳定且包含输入信号保持器，例如，包含一阶积分环节的控制系统可以实现对阶跃指令的无静差跟踪，然而，积分环节1/s正是一个阶跃信号保持器，这是它能实现对阶跃指令无静差跟踪的根本原因[2][3]。

在设计一个重复控制器的过程中，必须要有一个周期信号保持器用来消除周期参考信号或者扰动引起的周期跟踪误差。这个周期信号既可以用模拟方式产生，也可以由数字方式产生。然而在实际系统中，用模拟方法产生任意波形是非常困难的，相反，通过软件控制方法可以很容易得到一个周期信号。图4示出了一种重复控制系统。其中，P(z)表示具有瞬时跟踪闭环反馈控制的光伏逆变器系统，S(z)和Q(z)是重复控制器的补偿环节，r(k)是参考信号，y(k)是系统输出电压，e(k)是跟踪误差，rc(k)是重复控制器补偿后的参考指令。

图4 逆 变 器 重 复 控 制 框 图

扰动输入d(k)到跟踪误差e(k)的传函可表示为

H（z）≡= (1)

式中：N表示一个基波周期的采样次数。

对应s域中的频率响应为

H(jω)=H(z) (2)

式中：T代表采样周期。

如果d(k)的频率是基波周期的整数倍，并假定Q(z)=1且PB(z)稳定，有

|H(jω)|=0 (3)

这表明重复控制器消除了频率为基波周期整数倍干扰产生的跟踪误差，从而得到了非常好的跟踪效果。

当然，为了保证系统稳定，一般取Q(z)1，这样就有

|H(jω)|μ(jω) (4)

式中：μ(jω)为一很小的数。

另外，从直观上讲，重复控制器可以看作N个积分调节器，对应于参考信号的N个采样点。从而，一个瞬时值跟踪系统分解为N个恒值调节系统，通过各采样点的无静差跟踪，保证了整个正弦参考信号的跟踪精度。

重复控制虽然可以保证输出波形，但它却有一个致命的弱点。由图3可以看出，重复控制得到的控制指令并不是立即输出给系统，而是滞后一个参考周期后才输出。这样，如果系统内部出现干扰，消除干扰对输出的影响至少要一个参考周期。干扰出现后的一个参考周期内，系统对干扰并不产生任何调节作用，这一个周期系统近乎处于开环控制状态。因此，重复控制系统的动态响应速度是非常慢的。

由于上述原因，对于高要求的光伏系统逆变器不宜单独采用重复控制[4][5]。采用数字PID控制虽然输出电压波形质量不是很高，但它却是以开关周期对跟踪误差进行调节。仔细设计系统参数，可以使系统获得良好的动态特性。综合考虑，将两种控制方式结合在一起，取长补短，利用重复控制改善系统的稳态输出波形质量，利用数字PID控制或极点配置提高系统的动态特性，使系统兼具良好的稳态和动态特性。

4 实验结果

针对以上的分析，在一15kW光伏系统单相全桥逆变器上进行了实验，参数如下:开关器件采用IGBT模块，滤波电感Lf=0.68mH，滤波电容Cf=50μF，数字信号处理器采用TI公司的TMS320F240DSP，并采用240DSP自带双10位A/D转换器。实验结果如图5所示。

(a) 闭 环 空 载 波 形

(b) 闭 环 加 载 波 形 （R=5Ω）

图5 实 验 波 形

从图5中可以看出，采用离散重复控制可以保证光伏逆变器在空载条件下保持稳定，在带载条件下可以明显改善系统的稳态性能，显著降低系统的稳态误差。

5 结语

本文分析了光伏发电系统逆变器数字化实现的意义，并对整个系统及其控制电路进行了分析，在控制算法上，采用离散重复控制策略，使系统在周期性扰动信号下的稳态性能得以改善。由于数字化控制的优越性比较明显，因此在偏远地区及其它应用场合，数字化光伏发电系统逆变器的应用将会越来越广泛。