单相并网变流器的离散PR控制设计

李宗鉴　戴瑜兴　郑崇伟　毕大强　郜克存　隋学礼

摘 要： 针对单相并网变流系统采用传统的比例积分（PI）控制器在跟踪并网电流指令时存在稳态误差，以及传统的比例谐振（PR）控制器在离散化过程中存在谐振点偏移的缺陷，提出一种新的离散比例谐振（DPR）控制器。该控制器包含比例项，前馈项和谐振项。谐振项采用一组离散二阶状态方程实现，替代传统PR控制器离散化后的二阶差分方程，能使控制器具有无静差的稳态特性。与传统PR控制器相比，由于谐振项直接采用离散状态方程实现，DPR控制器不会因为离散过程导致谐振点偏移而影响控制器性能。最后通过实验验证了该方法的有效性。

关键词： 并网逆变器； 并网电流； 比例谐振； 无静差

中图分类号： TN710?34； TM494 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）17?0154?03

Abstract： Since the single?phase grid?connected Converter system with traditional PI controller has steady?state error in tracking the grid?connected current instruction， and traditional proportion resonant （PR） controller has defects of the resonant point shift in the discretization process， a new discrete proportion resonant （DPR） controller is proposed in this paper. The controller contains proportional， feedforward and resonant terms. A set of discrete second?order state equation is adopted for implementation of the resonant term to replace the second?order differential equation of traditional PR controller after discretization. It can make the controller has non?static error characteristics. Compared with the traditional PR controller， DPR controller will not result in resonance point shift by discrete process and then affect controller performance because the resonant term is directly realized by the discrete state equation. The effectiveness of the method was verified by experiments.

Keywords： grid?connected converter； grid?connected current； proportion resonance； non?static error

0 引 言

单相并网变流器采用传统的PI控制作为并网电流内环控制器时，因为并网电流指令是与电网电压同频同相的正弦量， PI控制器无法使并网电流无静差的跟踪并网电流指令，从而不利于并网逆变器的单位功率因数并网。比例谐振（PR）控制器[1?4]具有对交流无静差跟踪的稳态特性，因此受到广泛关注。但传统的PR控制器一般采用在连续域设计，再离散成差分方程实现，其离散化过程复杂，且在离散化过程中，会造成谐振点的偏移[5?6]，其偏移程度一般随采样周期的增大而增大，从而使PR控制器失去对期望频率点无静差跟踪能力。

对此，本文提出一种单相离散比例谐振（DPR）控制器，其谐振项直接在离散域设计，采用二阶状态方程实现，谐振频率稳定，不受系统采样周期影响，结构简单，易于数字实现。实验验证了该控制方法的有效性。

3 结 论

本文提出的DPR控制器，其谐振点不受采样周期的影响，具有对并网电流指令无静差的跟踪特性， 对比实验验证了DPR控制方法比传统PI控制方法的优越性。

参考文献

[1] 黄如海，谢少军.基于比例谐振调节器的逆变器双环控制策略研究[J].电工技术学报，2012（2）：77?81.

[2] 李立，赵葵银，徐昕远，等.单相PWM整流器比例谐振控制与前馈补偿控制[J].电力系统保护与控制，2010（9）：75?79.

[3] 马琳，金新民，唐芬，等.三相并网逆变器比例谐振控制及其网压前馈问题分析[J].电工技术学报，2012（8）：56?63.

[4] 孟建辉，石新春，付超，等.基于PR控制的光伏并网电流优化控制[J].电力自动化设备，2014（2）：42?47.

[5] YEPES A G， FREIJEDO F D， LOPEZ O， et al. High?performance digital resonant controllers implemented with two integrators [J]. IEEE Transactions on Power Electronics， 2011， 2： 563?576.

[6] KELLER J P， ANDERSON B D O. A new approach to the discretization of continuous?time controllers [C]// American Control Conference. USA： IEEE， 1990： 1127?1133.

[7] 刘红，李赟，徐宗发.应用于三相并网逆变器的PR解耦控制器[J].电力电子技术，2013（4）：14?16.

[8] 赵新，金新民，周飞，等.采用降阶谐振调节器的并网逆变器锁频环技术[J].中国电机工程学报，2013，33（15）：38?44.

[9] 陈晓云，王维庆.基于比例谐振和谐波补偿的逆变器电流控制[J].电源技术，2010（7）：691?695.

[10] 马琳，金新民，唐芬，等.小功率单相并网逆变器并网电流的比例谐振控制[J].北京交通大学学报，2010（2）：128?132.

摘 要： 针对单相并网变流系统采用传统的比例积分（PI）控制器在跟踪并网电流指令时存在稳态误差，以及传统的比例谐振（PR）控制器在离散化过程中存在谐振点偏移的缺陷，提出一种新的离散比例谐振（DPR）控制器。该控制器包含比例项，前馈项和谐振项。谐振项采用一组离散二阶状态方程实现，替代传统PR控制器离散化后的二阶差分方程，能使控制器具有无静差的稳态特性。与传统PR控制器相比，由于谐振项直接采用离散状态方程实现，DPR控制器不会因为离散过程导致谐振点偏移而影响控制器性能。最后通过实验验证了该方法的有效性。

关键词： 并网逆变器； 并网电流； 比例谐振； 无静差

中图分类号： TN710?34； TM494 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）17?0154?03

Abstract： Since the single?phase grid?connected Converter system with traditional PI controller has steady?state error in tracking the grid?connected current instruction， and traditional proportion resonant （PR） controller has defects of the resonant point shift in the discretization process， a new discrete proportion resonant （DPR） controller is proposed in this paper. The controller contains proportional， feedforward and resonant terms. A set of discrete second?order state equation is adopted for implementation of the resonant term to replace the second?order differential equation of traditional PR controller after discretization. It can make the controller has non?static error characteristics. Compared with the traditional PR controller， DPR controller will not result in resonance point shift by discrete process and then affect controller performance because the resonant term is directly realized by the discrete state equation. The effectiveness of the method was verified by experiments.

Keywords： grid?connected converter； grid?connected current； proportion resonance； non?static error

0 引 言

单相并网变流器采用传统的PI控制作为并网电流内环控制器时，因为并网电流指令是与电网电压同频同相的正弦量， PI控制器无法使并网电流无静差的跟踪并网电流指令，从而不利于并网逆变器的单位功率因数并网。比例谐振（PR）控制器[1?4]具有对交流无静差跟踪的稳态特性，因此受到广泛关注。但传统的PR控制器一般采用在连续域设计，再离散成差分方程实现，其离散化过程复杂，且在离散化过程中，会造成谐振点的偏移[5?6]，其偏移程度一般随采样周期的增大而增大，从而使PR控制器失去对期望频率点无静差跟踪能力。

对此，本文提出一种单相离散比例谐振（DPR）控制器，其谐振项直接在离散域设计，采用二阶状态方程实现，谐振频率稳定，不受系统采样周期影响，结构简单，易于数字实现。实验验证了该控制方法的有效性。

3 结 论

本文提出的DPR控制器，其谐振点不受采样周期的影响，具有对并网电流指令无静差的跟踪特性， 对比实验验证了DPR控制方法比传统PI控制方法的优越性。

参考文献

[1] 黄如海，谢少军.基于比例谐振调节器的逆变器双环控制策略研究[J].电工技术学报，2012（2）：77?81.

[2] 李立，赵葵银，徐昕远，等.单相PWM整流器比例谐振控制与前馈补偿控制[J].电力系统保护与控制，2010（9）：75?79.

[3] 马琳，金新民，唐芬，等.三相并网逆变器比例谐振控制及其网压前馈问题分析[J].电工技术学报，2012（8）：56?63.

[4] 孟建辉，石新春，付超，等.基于PR控制的光伏并网电流优化控制[J].电力自动化设备，2014（2）：42?47.

[5] YEPES A G， FREIJEDO F D， LOPEZ O， et al. High?performance digital resonant controllers implemented with two integrators [J]. IEEE Transactions on Power Electronics， 2011， 2： 563?576.

[6] KELLER J P， ANDERSON B D O. A new approach to the discretization of continuous?time controllers [C]// American Control Conference. USA： IEEE， 1990： 1127?1133.

[7] 刘红，李赟，徐宗发.应用于三相并网逆变器的PR解耦控制器[J].电力电子技术，2013（4）：14?16.

[8] 赵新，金新民，周飞，等.采用降阶谐振调节器的并网逆变器锁频环技术[J].中国电机工程学报，2013，33（15）：38?44.

[9] 陈晓云，王维庆.基于比例谐振和谐波补偿的逆变器电流控制[J].电源技术，2010（7）：691?695.

[10] 马琳，金新民，唐芬，等.小功率单相并网逆变器并网电流的比例谐振控制[J].北京交通大学学报，2010（2）：128?132.

摘 要： 针对单相并网变流系统采用传统的比例积分（PI）控制器在跟踪并网电流指令时存在稳态误差，以及传统的比例谐振（PR）控制器在离散化过程中存在谐振点偏移的缺陷，提出一种新的离散比例谐振（DPR）控制器。该控制器包含比例项，前馈项和谐振项。谐振项采用一组离散二阶状态方程实现，替代传统PR控制器离散化后的二阶差分方程，能使控制器具有无静差的稳态特性。与传统PR控制器相比，由于谐振项直接采用离散状态方程实现，DPR控制器不会因为离散过程导致谐振点偏移而影响控制器性能。最后通过实验验证了该方法的有效性。

关键词： 并网逆变器； 并网电流； 比例谐振； 无静差

中图分类号： TN710?34； TM494 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）17?0154?03

Abstract： Since the single?phase grid?connected Converter system with traditional PI controller has steady?state error in tracking the grid?connected current instruction， and traditional proportion resonant （PR） controller has defects of the resonant point shift in the discretization process， a new discrete proportion resonant （DPR） controller is proposed in this paper. The controller contains proportional， feedforward and resonant terms. A set of discrete second?order state equation is adopted for implementation of the resonant term to replace the second?order differential equation of traditional PR controller after discretization. It can make the controller has non?static error characteristics. Compared with the traditional PR controller， DPR controller will not result in resonance point shift by discrete process and then affect controller performance because the resonant term is directly realized by the discrete state equation. The effectiveness of the method was verified by experiments.

Keywords： grid?connected converter； grid?connected current； proportion resonance； non?static error

0 引 言

单相并网变流器采用传统的PI控制作为并网电流内环控制器时，因为并网电流指令是与电网电压同频同相的正弦量， PI控制器无法使并网电流无静差的跟踪并网电流指令，从而不利于并网逆变器的单位功率因数并网。比例谐振（PR）控制器[1?4]具有对交流无静差跟踪的稳态特性，因此受到广泛关注。但传统的PR控制器一般采用在连续域设计，再离散成差分方程实现，其离散化过程复杂，且在离散化过程中，会造成谐振点的偏移[5?6]，其偏移程度一般随采样周期的增大而增大，从而使PR控制器失去对期望频率点无静差跟踪能力。

对此，本文提出一种单相离散比例谐振（DPR）控制器，其谐振项直接在离散域设计，采用二阶状态方程实现，谐振频率稳定，不受系统采样周期影响，结构简单，易于数字实现。实验验证了该控制方法的有效性。

3 结 论

本文提出的DPR控制器，其谐振点不受采样周期的影响，具有对并网电流指令无静差的跟踪特性， 对比实验验证了DPR控制方法比传统PI控制方法的优越性。

参考文献

[1] 黄如海，谢少军.基于比例谐振调节器的逆变器双环控制策略研究[J].电工技术学报，2012（2）：77?81.

[2] 李立，赵葵银，徐昕远，等.单相PWM整流器比例谐振控制与前馈补偿控制[J].电力系统保护与控制，2010（9）：75?79.

[3] 马琳，金新民，唐芬，等.三相并网逆变器比例谐振控制及其网压前馈问题分析[J].电工技术学报，2012（8）：56?63.

[4] 孟建辉，石新春，付超，等.基于PR控制的光伏并网电流优化控制[J].电力自动化设备，2014（2）：42?47.

[5] YEPES A G， FREIJEDO F D， LOPEZ O， et al. High?performance digital resonant controllers implemented with two integrators [J]. IEEE Transactions on Power Electronics， 2011， 2： 563?576.

[6] KELLER J P， ANDERSON B D O. A new approach to the discretization of continuous?time controllers [C]// American Control Conference. USA： IEEE， 1990： 1127?1133.

[7] 刘红，李赟，徐宗发.应用于三相并网逆变器的PR解耦控制器[J].电力电子技术，2013（4）：14?16.

[8] 赵新，金新民，周飞，等.采用降阶谐振调节器的并网逆变器锁频环技术[J].中国电机工程学报，2013，33（15）：38?44.

[9] 陈晓云，王维庆.基于比例谐振和谐波补偿的逆变器电流控制[J].电源技术，2010（7）：691?695.

[10] 马琳，金新民，唐芬，等.小功率单相并网逆变器并网电流的比例谐振控制[J].北京交通大学学报，2010（2）：128?132.