實現(xiàn)并網(wǎng)電壓跟蹤及MPPT的電流跟蹤控制方案
4 基于ADRC的并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)
并網(wǎng)逆變器的控制目標是實現(xiàn)正弦電流輸出和相位控制,使逆變器工作在單位功率因數(shù)并網(wǎng)模式或無功補償模式。常見的電流控制方法有PID控制,但其對正弦參考量難以消除穩(wěn)態(tài)誤差。為了解決該問題,采用ADRC實現(xiàn)了正弦電流控制的零穩(wěn)態(tài)誤差,并在快速性與穩(wěn)定性上優(yōu)于常規(guī)PID控制器性能。
基于ADRC的光伏逆變器電流跟蹤控制結構如圖4所示。由于開關頻率(10 kHz)遠高于電網(wǎng)頻率,因此為了便于分析,忽略開關動作對系統(tǒng)的影響,將SVPWM逆變單元近似為一慣性環(huán)節(jié)。濾波環(huán)節(jié)中,R為電感L的串聯(lián)等效電阻,ug為電網(wǎng)電壓,i*為與電網(wǎng)電壓同頻同相的并網(wǎng)電流參考信號。反饋信號從逆變器的輸出接入,經(jīng)ADRC進行參數(shù)調(diào)整,得到與參考指令相比較的信號,進而送入逆變器進行控制。
基于ADRC的光伏逆變器電流跟蹤控制數(shù)學模型如圖5所示,其輸出電流的傳遞函數(shù)I=AI*-A(ugrid+其他擾動μ),其中A=Gpi(s)Ginv(s)/[sL+R+Gpi(s)Ginv(s)],Gpi(s)=(Kps+Ki)/s,Ginv(s)=KPWM/(TPWMs+1)??梢姡孀兤鞯妮敵鲭娏髋c參考電流、電網(wǎng)電壓有關,采用ADRC閉環(huán)控制,能夠抑制來自包括電網(wǎng)及其他方面的擾動。
5 仿真與實驗驗證
采用仿真軟件Matlab/Simulink對上述控制策略進行系統(tǒng)仿真,得到ADRC的整定參數(shù),設計硬件電路進行實驗,采樣頻率10 kHz,電路參數(shù)為:L=1.5 mH;C=470μF;額定輸入峰值電壓為160 V;開關頻率為10 kHz;電流參考指令峰值為50 A。由仿真可知,采用ADRC實現(xiàn)電流跟蹤控制能達到預定效果,且電流波質(zhì)量良好,諧波含量低。
以TMS320LF2812型DSP為基礎,驗證了自抗擾控制系統(tǒng)的性能,并網(wǎng)逆變器自抗擾電流跟蹤控制硬件框圖如圖6所示。ADRC參數(shù)的整定和相應的控制逆變器開關算法通過軟件實現(xiàn)。
圖7a,b分別為采用傳統(tǒng)控制方案和ADRC控制的并網(wǎng)電壓、電流波形,圖7c為穩(wěn)定狀態(tài)下ADRC控制系統(tǒng)的電壓、電流波形。
可見,由于采用ADRC控制,其ESO將來自系統(tǒng)內(nèi)部或外部的各種因素都歸結為對系統(tǒng)的擾動并對其進行抑制,穩(wěn)態(tài)下,其性能明顯優(yōu)于普通的PID控制器。在啟動階段,ADRC能快速進入穩(wěn)定狀態(tài)且超調(diào)小。在實際并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中,能夠減小對電網(wǎng)的沖擊,有利于并網(wǎng)的實現(xiàn)。
6 結論
應用ADRC實現(xiàn)了光伏并網(wǎng)逆變器的電流跟蹤控制。該控制策略能夠?qū)?nèi)外擾動進行觀測和補償,使得系統(tǒng)在參數(shù)變化和負載擾動時,仍能得到期望性能,具有較強的魯棒性。從系統(tǒng)仿真和實驗結果分析,所提出的控制策略能夠?qū)崿F(xiàn)輸出電流為正弦,且與電網(wǎng)側(cè)相位相同,與常規(guī)控制策略相比,具有超調(diào)小,響應速度快等優(yōu)點。
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