中原工学院赵强松、陈昊 等：微电网并网逆变器频率自适应前馈双模重复-比例控制

阅读提示：本文约 2200 字

重复控制因其能有效抑制谐波信号而被广泛应用于逆变器控制，但其动态性能较差，且在微电网频率波动时谐波抑制性能下降严重。 中原工学院（河南电子科技大学（筹））先进控制与新能源科技国际联合实验室的赵强松、陈昊、王启帆、王燕和国家电网郑州供电公司的谢文文，在2024年第15期《电工技术学报》上撰文，提出了一种频率自适应前馈双模重复-比例控制策略。 在双模重复控制的内模中加入前馈环节改善系统的动态性能，并使用无限脉冲响应滤波器实现对电网频率波动导致的分数延迟精确近似。研究人员给出了频率自适应前馈双模重复-比例控制的原理、稳定性分析和参数优化设计过程。最后在一台5 kW的并网逆变器实验平台上，验证了所提出的控制方法在电网频率波动时能抑制并网电流谐波，且具有较好的动态性能。

研究背景

高比例可再生能源、高比例电力电子设备的大规模应用使“双高”电力系统呈现新特性。电力电子设备惯性小，基于可再生能源的微电网发电功率与负载功率不平衡将导致微电网频率波动。同时，电力电子设备的非线性特性显著，导致系统谐波含量增加，这将导致微电网出现振荡进而可能导致微电网系统不稳定。

并网逆变器作为连接发电单元与负载/微电网的核心部件，要为负载/微电网提供高质量的并网电流。因此，研究微电网频率波动时抑制逆变器并网电流谐波方法具有重要意义。为了提高微电网频率波动时双模重复控制器的谐波抑制效果，本文提出一种基于IIR滤波器的频率自适应前馈双模重复-比例控制方法。

提出的频率自适应前馈双模重复-比例控制结构如图1所示。该控制结构在双模重复控制的内模中加入前馈环节，并与比例环节并联，提高系统的动态性能。当电网频率波动时，使用IIR滤波器实现分数阶延迟，使控制器对电网频率具有自适应性，在电网频率波动的情况下仍能有效抑制并网电流谐波。

图1 频率自适应前馈双模重复-比例控制结构图

本文在单相LCL型并网逆变器中证明频率自适应前馈双模重复-比例控制的谐波抑制能力和动态性能，LCL型并网逆变器系统结构如图2所示，单相LCL型并网逆变器实验平台如图3所示，其中，直流电源为Chroma 62150H-1000，逆变器平台为研旭YXPHM-TP3xb-I，交流电源为Chroma 61815，电能质量分析仪为Fluke 1775。

图2 LCL型并网逆变器系统结构图

图3 单相LCL型并网逆变器实验平台

实验结论

针对微电网下，电网频率波动造成逆变器并网电流THD升高的问题，提出了一种基于IIR滤波器的频率自适应前馈双模重复-比例控制方法。分析了该控制方法的设计机理及稳定性。

以单相LCL型并网逆变器为例，给出了频率自适应前馈双模重复-比例控制的详细参数设计流程。电网频率为50 Hz时，相比重复-比例控制，频率自适应前馈双模重复-比例控制系统的并网电流THD降至1.0%，有更好的谐波抑制能力。参考电流发生突变时，过渡时间在2个基波周期内，有较好的动态性能。

电网频率发生波动时，以电网频率为49.6 Hz和50.4 Hz为例，相比前馈双模重复-比例控制，频率自适应前馈双模重复-比例控制系统并网电流THD降至0.8%，即对电网频率波动具有自适应性，有更好的谐波抑制能力。参考电流突变时，过渡时间在2个基波周期内，有较好的动态性能。

团队介绍

中原工学院（河南电子科技大学（筹））先进控制与新能源科技国际联合实验室成员长期致力于新能源发电系统中并网逆变器高性能控制、储能变换器控制、电动汽车入网技术（V2G）、精密驱动控制等新技术的研究与应用。近年来，承担国家科技部重点研发计划专项课程、国家自然科学基金联合基金重点项目、国家自然科学基金、河南省重点研发专项、河南省自然科学基金、河南省科技攻关计划等近20项。

赵强松

副教授，硕士生导师，河南省高校青年骨干教师，IEEE Member，IEEE PES青年专家委员会理事, 中国自动化学会会员，中国电源学会会员，获南京航空航天大学优秀博士学位论文奖。出版学术专著2部，在国内外期刊发表SCI/EI检索论文40余篇，其中IEEE Trans. on Power Electronics和IEEE Trans. on Industrial Electronics论文10篇。

本工作成果发表在2024年第15期《电工技术学报》，论文标题为“微电网并网逆变器频率自适应前馈双模重复-比例控制“。本课题得到国家自然科学基金、河南省自然科学基金和河南省重点研发计划专项的支持。

引用本文

赵强松, 陈昊, 王启帆, 王燕, 谢文文. 微电网并网逆变器频率自适应前馈双模重复-比例控制[J]. 电工技术学报, 2024, 39(15): 4843-4855. Zhao Qiangsong, Chen Hao, Wang Qifan, Wang Yan, Xie Wenwen. Frequency Adaptive Feedforward Dual-Mode Repetitive Control and Proportional Control for Grid-Connected Inverters in Microgrid. Transactions of China Electrotechnical Society, 2024, 39(15): 4843-4855.

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