微电网并网控制策略研究

江伟　李春阳　罗易　沈道军　周承军

摘 要：大电网与分布式电源相结合的形式又被电力专家公认为能够节省能耗、提高电力系统可靠性和灵活性，是电力工业的发展方向。对此，研究分布式电源具有重要的价值。本文针对PI 控制存在基波频率处增益小、控制效果差等不足，引入带通式准 PR 控制器，并改进控制算法以改善控制效果，最后通过MATLAB仿真软件对改进算法进行检验，验证了算法的可行性与准确性。

关键词：微电网；分布式电源；PR控制器

中圖分类号：TM61 文献标识码：A

1.并网控制分析

1.1并网控制目的和方式

通常认为在微电网并网过程中，为提高并网的质量，需要将逆变器输出的电流变为高质量的正弦波，并让该波的波形频率和相位与网压一致。而根据相关的标准，要求并网后电流产生的总谐波畸变率不能超过标准的5%。因此，对并网电流谐波进行控制是非常复杂的问题。而要解决这个问题，人们提出采逆变器对并网的电流或电压的谐波进行调整和控制。当前，主流的逆变器可以分为电压型和电流型两种。具体的结果则如图1所示。

1.2并网控制目标

对分布式电源的并网控制来讲，其目标就是要让逆变电路控制后的输出与网压频率相同的正弦波。该控制过程可以等效为如图2所示的电路图。

在图2中，U0表示逆变的输出电压；I0表示电感电流；Unet表示电网电压；L主要起到滤波的作用。对逆变输出控制来讲，其就是要让输出电流与网压同频同相。而要达到上述的一致目标，就必须要保证逆变器交流侧输出超前电网电压 90度，这恰好可以保证 IL 与 Unet 同频同相。

2.逆变控制器建模

微电网的并网中，并网逆变器是核心。逆变器拓扑结构较多，合理选择网络拓扑结构，可合理改善并网系统的性能。目前，常见的逆变器结构包括半桥、全桥和带中心抽头变压器3种。其中，全桥是应用比较广泛的一种。为简化研究，本文则选择单相全桥逆变器，兵役电压源输入、电流源输出的控制模式，具体的电路拓扑结构如图3所示。

图中，T1-T4为反并联二极管的开关管，通过PWM控制方式，可使得T1、T4和T2、T3对电路进行交替导通，进而输出正弦波电流igrid，Udc 表示直流输出端的电压大，RL表示串联电路和电感 L的电阻和。

3.并网控制策略设计

3.1整体并网控制策略设计

对发电系统来讲，其能量的高低主要取决于并网逆变器技术的好坏。而在对逆变进行控制的过程中，主要包含电压电流双闭环控制、滞环电流控制、重复控制、无差拍控制，重复+PI 控制以及模糊控制等控制策略。本文结合上述的研究，则以侧电流作为控制输出目标，采用电压外环PI 控制和电流内环准 PR 控制结合的控制策略，从而得到如图4所示的并网控制策略。

通过图4看出，在该并网控制策略中，主要采取的思路是将参考电压Uref和实际的电压Udc的和放在PI控制器之中，进而得到参考电流信号iref；然后，将参考得到的iref经由数字锁相电压单元所检测到的网压电流信号同步，由此就可以得到实际与整体网压的相角差，也就是所谓的正弦离散表值；再次将得到的该离散只与参考iref进行乘积，就可以得到在下一周期时候的电流值，该值是一个预测值，通常用iref*表示；最后将iref*与经过A/D转换后得到的iout输入到准PR控制器，那么就可以得到PWM占空比，进而通过驱动电路对开关管的动作，从而实现同频同相的正弦波电流输出。

3.2准PR算法改进

PI调节的原理可以看成是在坐标轴的左半平面内的极点，从而提高整体的阻尼零点，并减小误差，进而提高稳定性。因此，其基波波频率的增益可以定义为：

在公式（4）中可以看出，增大 Kp则可提高控制的精度，并加快系统的响应速度。但是，在此处不是一味地增大 Kp，如过大，则可能造成震荡。同时，通过积分调节减小 Ki 的值，虽然可减小稳态误差，但会降低系统的响应速度。

由此，根据上述的分析看出，传统的PI控制器存在着典型的缺陷。而要解决上述的问题，本文则引入比例谐振控制器，该控制器的原理则是让开环传递函数以sin或cos的形式对正弦信号的S域进行调节，从而得到其传递函数为：

4.仿真验证

为验证本文设计的上述控制策略的正确性，提出采用传统的 MATLAB对逆变控制系统进行仿真。而在本研究中，设定系统频率为50Hz，PI 控制器参数为KP=0.05，K1=0.2；准 PR 控制器参数为KP=0.05，KR=0.25；同时设定滤波电感的相关参数为：L=5mH，R=0.3Ω；整个电网的电压取值为220V，开关的频率大小设定为10kHz。由此，通过上述的仿真，可以得到如图6所示的电压电流波形。

从图6能够看出，无论是电流波形，还是电压波形，其体现出来的波形都比较平顺和光滑，由此可以说明本文提出的准PR控制策略具有很大的优势，具有抗网压干扰，并且减弱稳态误差的作用，进而使得输出电流与电网电压相位一致。而通过该结果，也在一定程度上提高了并网的效率。

结语

对并网逆变输出来讲，其主要的目的就是要让逆变输出的电流与并网中的电流同频和同相，这样才能更好地达到并网的效果。对此，为实现该目标，本文则引入一种准PR控制方法，并通过仿真验证了上述方法的可行性和准确性，对现代光伏能源具有一定的参考和借鉴作用。

参考文献

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