【单相光伏逆变器谐波抑制仿真设计案例2000字】

单相光伏逆变器谐波抑制仿真设计案例1.1仿真系统的设计本文以单相光伏并网逆变器为背景，设计并网电流控制方法，对谐波抑制效果进行分析。系统控制如REF_Ref70864118\h图4-1所示：图4-SEQ图4-\*ARABIC1单相并网逆变器系统图使用Simulink能够实现对该系统的建模仿真，不用编写程序就可以构造出实验模型，并直接得到输出波形的图像，方便对其进行分析。REF_Ref70867196\r\h[46]根据REF_Ref70864118\h图4-1建立并网逆变器的仿真模型，将光伏电池与并联电容部分等效替换为直流电压源，方便构造直流侧模型，再根据前文所述原理搭建具体的仿真模型，如REF_Ref70875490\h图4-2所示。图4-SEQ图4-\*ARABIC2基于准PR控制和重复控制的LCL型单相并网逆变器仿真模型图中主电路部分主要包括：直流电压源Udc；桥式逆变器；改进的LCL型滤波器(电容串联电阻)和并网电压。电路控制部分主要包括：指令电流模块，准PR控制器模块；重复控制器模块；脉宽调制器PWM模块。其中PWM模块使用Simulink1.1.1指令电流模块该模块的内部如REF_Ref70878406\h图4-3所示，其中In1为并网电压信号值，In2为一个恒定数值，是给定的电流幅值信号。通过锁相环PLL可以得到输入电网电压的相位REF_Ref70878751\r\h[47]，计算得到输出的指令电流信号Out1，为In2⋅sinωt。图4-SEQ图4-\*ARABIC3指令电流模块仿真模型1.1.2准PR控制器模块准PR控制器的原理及传递函数已于3.2节介绍，其主要是通过在谐振频率处增加谐振来补偿谐波的扰动，从而达到谐波抑制的效果。仿真模型如REF_Ref70882126\h图4-4所示，其中ω0为工频谐振频率，为100π；Kp负责调节整个控制器的增益；Kr可以对控制器的谐振增益进行协调；ωc图4-SEQ图4-\*ARABIC4准PR控制模块仿真模型1.1.3重复控制器模块重复控制器参数的设计主要包括三个部分，内模的系数Q(z)，迟滞环节z−N以及补偿器C(z)(1)内模系数Q(z)Q(z)通常取小于1但接近1的常数，也可以是低通滤波器。取值的不同对系统稳定性以及动态特性产生不同的效果。Q(z)越小，系统的稳定性增加，但是对系统的动态性能影响较大。通常综合考虑取为0.95。(2)迟滞环节z迟滞环节z−N使控制信号延迟到下一周期，从而实现信号的无差跟踪。N就是离散系统在单位周期采样的次数。由于系统取工频50Hz，采样频率为10kHz(3)补偿器设计补偿器C(z)设置为三部分，记C(z)=KrzkS(z)S(z)为滤波器，是针对控制对象性能补偿而单独设置的。如REF_Ref70962919\h图3-17所示，被控对象P(z)存有谐振峰值，并且对于高次谐波的滤波效果一般，本文选择使用陷波器。二阶低通滤波器也可以用来完成谐振峰对消，但是为了完全消除谐振峰，需要将二阶低通滤波器的谐振频率设置的较低，这样对于谐振频域之前的系统增益都会有影响。陷波器表达式如式(4-1)所示，系统开关频率和控制器谐振频率决定了陷波器的阶数m。本文将m取为1。G1由于陷波器仅能影响系统设定的频率抑制效果，针对系统所需的高频衰减，需要加入二阶低通滤波器，二者共同构成了滤波器S(z)。由于中低频段的谐振峰不需要二阶低通滤波器抑制，仅仅需要对高频谐波抑制的效果，所以可以将谐振频率设置的尽可能高，这样对低频处增益的抑制几乎不存在。二阶低通滤波器的传递函数为S(s)=ω其中，ωn为滤波器谐振频率，ξ为滤波器阻尼，本文取谐振频率ωn为3kHz，阻尼ξ取0.707，经过G2因为使用了二阶低通滤波器，会造成相位的滞后，因此使用超前环节补偿zk。本文采用四拍超前控制环节z4。由于单纯的超前环节无法直接得到，所以与迟滞环节相结合，因此在控制环节前向通道串入的迟滞环节为滤波器S(z)表达式为：S(z)=G基于以上描述，得到重复控制的仿真模型如所REF_Ref70971583\h图4-5示，其中输入指令电流数值，输出信号由直流侧电压归一化后作为PWM模块的调制信号使用。图4-SEQ图4-\*ARABIC5重复控制仿真模型1.2仿真结果分析本文使用准PR控制和重复控制相结合的控制，其中并网电压设置为220V，基波频率为50Hz。先对谐波控制程度加以分析，本文在指令电流环节后端叠加3、5、7次谐波，测试谐波含量如REF_Ref71212492\h图4-6所示。文献REF_Ref71193508\r\h[18]使用传统PI和重复控制相结合，其电流谐波含量为1.14%；可以看到，本文基于准PR和重复的电流谐波抑制控制方法，可以将谐波含量减少到0.67%，谐波抑制效果更出色，这印证了准PR控制的复合控制将拥有比传统PI的复合控制更为出色的滤波能力。图4-SEQ图4-\*ARABIC6准PR控制和重复控制复合的电流谐波含量REF_Ref71220261\h图4-7为并网逆变器系统输出电流电压仿真图可以看到，并网逆变器的电流电压实现了同频同相控制，可以保持最大的输出功率。初始状态下运行，并网电流的输出正弦波经过短暂的调整便重新实现和并网电压相同频率。同时可以看到，电流输出的波形较为圆滑，近似于稳定的正弦波。由REF_Ref71222228\h图4-8可知，