一種雙向儲能變流器并網(wǎng)控制策略研究
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
3．2 復合控制設計
并網(wǎng)變流器最常用的控制方法是基于電網(wǎng)電壓定向的PI控制。但由于實際電網(wǎng)電壓中含有豐富的諧波成分，尤其以工頻諧波為主，而基于LCL濾波器的變流器系統(tǒng)在這個頻率范圍內(nèi)的開環(huán)增益較低，因此PI控制在保證系統(tǒng)穩(wěn)定性的前提下無法提供足夠的低次諧波抑制能力。
根據(jù)PI控制和重復控制各自的優(yōu)缺點，這里設計采用PI控制和重復控制并聯(lián)的電流環(huán)復合控制器來對PCS并網(wǎng)側(cè)諧波電流進行抑制。圖3
示出復合控制框圖。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/175762.htm
復合控制器結(jié)合了PI控制器動態(tài)響應快和重復控制器穩(wěn)態(tài)精度高的優(yōu)點。在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時，系統(tǒng)跟蹤誤差小，主要由重復控制器根據(jù)歷史誤差累加調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出；當負載出現(xiàn)突變，重復控制器由于周期性延時不產(chǎn)生作用，但PI控制器立即作用使跟蹤誤差迅速減小，一個周期后重復控制器產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用。隨著跟蹤誤差減小，PI控制作用逐漸減弱，直至系統(tǒng)重新達到穩(wěn)態(tài)。因此，復合控制器在具有較好動態(tài)響應特性的同時，提高了系統(tǒng)的諧波抑制能力。由圖3可得PCS并網(wǎng)輸出電流與參考電流的閉環(huán)傳遞函數(shù)表達式為：
式(3)，(4)中閉環(huán)函數(shù)特征方程包含因子[1+GPI(z)Gc(z)]，即系統(tǒng)單獨采用PI控制器的特征方程，因此復合控制系統(tǒng)穩(wěn)定的前提條件之一是單獨的PI控制系統(tǒng)必須是穩(wěn)定的，故復合控制中的PI參數(shù)可沿用單獨PI控制器下的參數(shù)。由上式離散域傳遞函數(shù)可計算出閉環(huán)傳遞函數(shù)在低頻段保持了較好的零增益和零相移特性，表明復合控制器保持了PI控制的快速動態(tài)響應；而復合控制擾動傳函增益明顯變小并趨于零，表明系統(tǒng)對低次諧波的抑制能力得到增強。
4 實驗結(jié)果
基于上述理論，研制了一臺100 kW鎳鹽電池雙向儲能變流器樣機，控制系統(tǒng)采用DSP+CPLD雙核架構(gòu)，主控DSP芯片采用TM320F28335。系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)如下：額定容量100 kW；電池電壓范圍250～420 V；允許電網(wǎng)電壓范圍(380±15％)V；允許電網(wǎng)頻率范圍(50±1％)Hz；并網(wǎng)變流器側(cè)電感0．2 mH，濾波電容60μF。
并網(wǎng)變流器輕載時電流諧波問題更為突出。圖4示出放電功率為30 kW時PCS的并網(wǎng)電流is及電網(wǎng)電壓us實測波形。
圖4a為單純PI控制下的測試結(jié)果，圖4b為采用復合控制下的測試波形，圖4c，d分別示出兩種控制方法下的諧波分析結(jié)果。由實驗結(jié)果可知兩種控制方法下系統(tǒng)都得到良好的穩(wěn)態(tài)控制精度，但PI控制的并網(wǎng)電流波形存在一定失真，THD=3．79％，而復合控制方法明顯改善了電流
波形質(zhì)量，并網(wǎng)電流THD降為1．56％，諧波分量得到了很好的抑制。
圖5示出采用復合控制方法的充電電流ic、電壓uc波形，可見PCS系統(tǒng)充、放電雙向運行穩(wěn)定，并可快速跟蹤給定功率指令變化，電流波形畸變小，滿足系統(tǒng)控制要求。
5 結(jié)論
分析了雙向儲能變流器的主電路和數(shù)學模型，針對由于電網(wǎng)擾動及調(diào)制等原因引起并網(wǎng)電流的諧波問題，設計了采用比例積分和重復控制并聯(lián)的復合控制器，在理論分析基礎(chǔ)上，研制了一臺100 kW雙向儲能變流器樣機，并對比分析了傳統(tǒng)比例積分控制與復合控制下樣機并網(wǎng)電流實測波形，實驗結(jié)果驗證了所提控制方法能有效抑制雙向儲能變流器并網(wǎng)電流諧波，能滿足雙向控制要求，具有較高實用價值。
評論