0 引言

　　現(xiàn)今,，化石燃料正在逐漸枯竭,，人們?cè)诶脗鹘y(tǒng)能源的同時(shí)帶來(lái)了一系列環(huán)境問(wèn)題成為不可忽視的焦點(diǎn)。以風(fēng)能發(fā)電,、太陽(yáng)能發(fā)電為主的新能源發(fā)電,，正逐漸成為人類(lèi)供電系統(tǒng)中不可或缺的成員[1]。而逆變器是連接分布式發(fā)電系統(tǒng)和電網(wǎng)的橋梁,，它的并網(wǎng)效果將會(huì)關(guān)系到整個(gè)網(wǎng)絡(luò),。因?yàn)殡娋W(wǎng)對(duì)注入其中的電流波形有著嚴(yán)格的要求，尤其是各次諧波含量,，所以對(duì)于電壓型并網(wǎng)逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方式,，調(diào)節(jié)入網(wǎng)電流就變得尤為重要。

　　針對(duì)三相逆變器,，一般選擇用SPWM方法調(diào)制,，現(xiàn)在多用SVPWM。電壓型逆變器電流控制是為了可以獲得一個(gè)適當(dāng)?shù)膸?，?duì)參考電流進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確追蹤,。三相并網(wǎng)逆變器交流內(nèi)環(huán)通常是對(duì)電流調(diào)節(jié)，電流內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)通常有多種方法,，有滯環(huán)控制,、dq下的PI控制,、αβ下的PR控制、無(wú)差拍控制等[2],。文獻(xiàn)[3]提出的滯環(huán)控制雖有很快的動(dòng)態(tài)響應(yīng),，但會(huì)產(chǎn)生很大的穩(wěn)態(tài)誤差[4]，環(huán)寬會(huì)影響電路的可靠性,。dq坐標(biāo)系下的PI控制,，入網(wǎng)電流作dq軸分解，雖然PI控制器原理簡(jiǎn)單,，易于實(shí)現(xiàn),，但是其參數(shù)需要不斷地試驗(yàn)總結(jié)才能取得很好的性能[5-7]。PR控制器雖然可以做到無(wú)靜差跟蹤,，但實(shí)際應(yīng)用中PR控制器設(shè)計(jì)起來(lái)比較麻煩,，也很難實(shí)現(xiàn)。無(wú)差拍是一種數(shù)字化處理方法,，它是對(duì)逆變器輸出電流先進(jìn)行離散采樣處理，然后與參考電流進(jìn)行比較,，差值經(jīng)過(guò)無(wú)差拍調(diào)節(jié)就可以實(shí)時(shí)無(wú)誤地追蹤上參考電流[8],。無(wú)差拍電流控制器結(jié)合SVPWM調(diào)制技術(shù)，能夠使得逆變器輸出電流的畸變和脈動(dòng)都比較小[9-11],。采用這種方式進(jìn)行調(diào)制,，可以進(jìn)一步減小靜態(tài)誤差，使得逆變器輸出電壓和電流的諧波含量也比較小[12],。

1 電流預(yù)測(cè)無(wú)差拍原理

　　三相電壓型并網(wǎng)逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示,。

圖1  三相電壓型并網(wǎng)逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

　　認(rèn)為三相電網(wǎng)電壓平衡(ea+eb+ec=0)，輸入電壓Ud,，V1~V6是6個(gè)功率管,，Usa、Usb,、Usc是三個(gè)橋臂電壓,，ea、eb,、ec為網(wǎng)側(cè)電壓,，ia、ib,、ic為并網(wǎng)電流,，根據(jù)KVL：

　　對(duì)上式進(jìn)行離散采樣，

　　以A相為例,，采樣周期為T(mén)s,，設(shè)k時(shí)刻采樣輸出電流ia(k),，給定參考電流為兩者差值則：

　　對(duì)于k+1時(shí)刻，逆變器A相輸出電流有：

　　電流預(yù)測(cè)無(wú)差拍的主要思想：第k個(gè)采樣周期開(kāi)始時(shí)刻kTs,，采樣得到實(shí)際電流ia(k),，與給定電流值相比較，經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)器計(jì)算出相應(yīng)的電壓差值,，再與輸出電壓計(jì)算得到參考電壓最后獲得最優(yōu)的電壓矢量u(k),，然后通過(guò)SVPWM方法合成這一電壓矢量[13]，使得在(k+1)Ts時(shí)刻的輸出電流能夠跟蹤上參考電流,，即Δia(k+1)=0,，但在實(shí)際系統(tǒng)中，由于存在電流,、電壓采樣,、PWM占空比更新和電感濾波延時(shí)等，往往達(dá)不到理想狀態(tài)下的預(yù)期效果,。k時(shí)刻開(kāi)始對(duì)電壓,、電流進(jìn)行采樣計(jì)算，最后在k+1時(shí)刻給出預(yù)測(cè)信號(hào),，而該信號(hào)真正是k+1與k+2之間輸出,，比理論晚了一拍，這將減少系統(tǒng)的可靠性,，影響系統(tǒng)的帶寬,，所以為了提高控制器的性能，就必須進(jìn)行補(bǔ)償[14],，必須去預(yù)測(cè)k+2采樣時(shí)刻的電流,。

　　同理可得A相k+2時(shí)刻電流：

　　結(jié)合式(5)、式(2),，可得,，

　　u

　　根據(jù)文獻(xiàn)[14]，當(dāng)PWM采樣頻率相對(duì)于電網(wǎng)基頻比較小,，可認(rèn)為電網(wǎng)電壓不變,。根據(jù)輸入側(cè)電壓和逆變器三個(gè)橋臂電壓關(guān)系，可得輸出電壓usα(k),，usβ(k),。

　　開(kāi)關(guān)狀態(tài)Sx(Sx=1為上橋臂導(dǎo)通，Sx=0為下橋臂導(dǎo)通),，結(jié)合式(6),、式(7)、式(8)可得出usα(k+1),，usβ(k+1),。

2 仿真驗(yàn)證

　　在PSIM軟件中建立系統(tǒng)模型,，在PSIM中調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)DLL文件，使用C語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)無(wú)差拍控制,。母線電壓為外環(huán),，交流電流為內(nèi)環(huán)。仿真參數(shù)：直流輸入電壓650 V,，交流側(cè)電壓有效值220 V,，頻率50 Hz，功率器件開(kāi)關(guān)頻率10 kHz,，濾波電感3 mH,，交流側(cè)電阻0.1 Ω。

　　對(duì)并網(wǎng)電流離散采樣跟蹤及部分放大圖如圖2所示,，交流給定電流幅值5 A,，周期0.02 s。

圖2  離散采樣跟蹤電流波形

　　圖3是A,、B,、C相入網(wǎng)電流仿真圖，幅值6 A,，頻率50 Hz,。可以看出,，在無(wú)差拍控制方法下電流從開(kāi)始到穩(wěn)定運(yùn)行需要經(jīng)過(guò)大約0.01 s的波動(dòng)時(shí)間段。圖中波形顯示清晰,，三相輸出電流走勢(shì)平穩(wěn),，波形一致，沒(méi)有較大的波動(dòng),，說(shuō)明系統(tǒng)運(yùn)行良好穩(wěn)定,。

圖3  三相電流波形

3 實(shí)驗(yàn)

　　為了更好地驗(yàn)證該控制策略的可行性和可靠性，研制了一臺(tái)3 kVA樣機(jī),，處理器使用了TI公司的TMS320F2812,，功率器件使用了IR公司型號(hào)為IRFP460的MOSFET。實(shí)驗(yàn)參數(shù)與仿真參數(shù)一致,。

　　實(shí)際樣機(jī)的實(shí)驗(yàn)如圖4所示,，系統(tǒng)滿載穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，開(kāi)關(guān)管的輸出實(shí)驗(yàn)波形如圖4(a)所示,，ea峰值310 V（有效值220 V）,，ia峰值7 A（有效值5 A），三相滿載總功率達(dá)到3 kVA,，功率因數(shù)為0.996,，圖4(b)為逆變器濾波前后的輸出電壓,。可以看出,，采用電流預(yù)測(cè)無(wú)差拍方法制作的樣機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況良好,，系統(tǒng)鎖相穩(wěn)定，完成預(yù)期設(shè)定目標(biāo),。

(a)并網(wǎng)電流和輸出電壓

(b)半載時(shí)輸出電壓

圖4  電壓,、電流同步波形

　　圖5是在三相電網(wǎng)電壓不變、純阻性負(fù)載的情況下,，突加突卸電流至額定值時(shí)的波形,，負(fù)載在第三個(gè)工頻周期開(kāi)始加入，隨后控制器介入調(diào)節(jié),，由圖看出,，在很短時(shí)間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)態(tài)。系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)工作狀態(tài)下突卸電流時(shí),，圖中波形為在第兩個(gè)半工頻周期的時(shí)候突然撤去負(fù)載時(shí)測(cè)出的電流波形圖,。

圖5  進(jìn)網(wǎng)電流突加突卸時(shí)的波形

　　從系統(tǒng)突加突卸電流的動(dòng)態(tài)特性可以看出，系統(tǒng)有較好的魯棒性,，說(shuō)明了無(wú)差拍調(diào)節(jié)效果良好,，此控制方法能加快系統(tǒng)的暫態(tài)過(guò)程，使系統(tǒng)快速達(dá)到另一個(gè)可靠運(yùn)行的穩(wěn)定點(diǎn),。

　　由于基于電流預(yù)測(cè)無(wú)差功率解耦控制策略將電網(wǎng)電壓與并網(wǎng)電流實(shí)現(xiàn)了雙閉環(huán)控制,，可以通過(guò)控制id和iq，就可以控制系統(tǒng)的輸出能量和功率因數(shù),。對(duì)電流的解耦,，改變直軸電流和交軸電流的分量，達(dá)到了調(diào)節(jié)并網(wǎng)功率和電能質(zhì)量的效果,。

4 結(jié)論

　　本文從理論和實(shí)驗(yàn)上對(duì)電流預(yù)測(cè)無(wú)差拍功率解耦方法仔細(xì)分析,，結(jié)合SVPWM技術(shù)應(yīng)用到3 kVA樣機(jī)中。從仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看,，該方法能夠進(jìn)一步解決靜態(tài)誤差,、抗干擾等問(wèn)題，同時(shí)也可以看出該控制策略具有良好的穩(wěn)態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性,，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)給定電流進(jìn)行快速精確地跟蹤,，鎖相波形效果良好。對(duì)直軸電流的調(diào)節(jié),，可以實(shí)現(xiàn)以單位功率因數(shù)工作,、無(wú)功補(bǔ)償?shù)龋也倏匾子趯?shí)現(xiàn)，是一種有效的并網(wǎng)策略,。

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