盧聞州，周克亮，程 明，沈錦飛

?

PWM并網(wǎng)變換器多內(nèi)模并聯(lián)結(jié)構(gòu)重復(fù)控制策略

盧聞州1，周克亮2，程 明3，沈錦飛1

(1.江南大學(xué)輕工過(guò)程先進(jìn)控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無(wú)錫 214122；2.英國(guó)格拉斯哥大學(xué)工學(xué)院， 格拉斯哥市 G12 8QQ；3.東南大學(xué)電氣工程學(xué)院，江蘇 南京 210096)

以“凈化”電力系統(tǒng)中電力電子接口為背景，以實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)電流快速、精確跟蹤參考為目的，分析了多內(nèi)模并聯(lián)結(jié)構(gòu)重復(fù)控制器(PSRC)及其控制系統(tǒng)。PSRC采用并聯(lián)組成的一組+次諧波內(nèi)模(=0, 1,…,-1)實(shí)現(xiàn)對(duì)所有諧波的零誤差跟蹤或擾動(dòng)抑制。相對(duì)于常規(guī)重復(fù)控制器(CRC)，PSRC具有時(shí)間延遲小、收斂速度快、跟蹤精度不下降、數(shù)字實(shí)現(xiàn)所需內(nèi)存單元不增加的優(yōu)點(diǎn)。將PSRC應(yīng)用于恒壓恒頻(CVCF)脈寬調(diào)制(PWM)并網(wǎng)變流系統(tǒng)，包括三相/單相整流和三相/單相逆變并網(wǎng)系統(tǒng)中。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了PSRC的有效性和優(yōu)越性。

內(nèi)模原理；重復(fù)控制；并聯(lián)結(jié)構(gòu)；脈寬調(diào)制(PWM)；并網(wǎng)變換器

0 引言

電力系統(tǒng)中的電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)可以看成是一個(gè)具有二進(jìn)制狀態(tài)的電力接口，作為電力接口的電力電子變換器將發(fā)電/用電單元接入電網(wǎng)，電能在電力接口中作雙向流動(dòng)。電力電子變換器具有體積小、重量輕、效率高、成本低、響應(yīng)快、噪音小、可模塊化、功率密度大等諸多優(yōu)點(diǎn)，在電力系統(tǒng)中將會(huì)扮演越來(lái)越重要的角色。但是變換裝置本身也會(huì)帶來(lái)一些諸如諧波污染的問(wèn)題。因此，需要對(duì)電力電子接口進(jìn)行“凈化”，而“凈化”的關(guān)鍵就是對(duì)電力電子變流系統(tǒng)進(jìn)行精確控制，實(shí)現(xiàn)參考波形與實(shí)際波形的穩(wěn)態(tài)零誤差控制。

基于內(nèi)模原理[1]的常規(guī)重復(fù)控制(CRC)[2]能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)周期性信號(hào)的穩(wěn)態(tài)無(wú)差控制或擾動(dòng)消除，只要事先已知這個(gè)信號(hào)的基波周期。在許多實(shí)際應(yīng)用中[3-4]，需要跟蹤或消除的周期性信號(hào)的諧波成分主要集中在一些特定的諧波頻率處。研究者們已經(jīng)在此角度對(duì)重復(fù)控制開(kāi)展了一定程度的研究[3-11]。尤其文獻(xiàn)[10-11]提出的多內(nèi)模并聯(lián)結(jié)構(gòu)重復(fù)控制(PSRC)，就是一種通用的對(duì)全部諧波進(jìn)行分類(lèi)選擇的重復(fù)控制器，用并聯(lián)組成的一組+次諧波內(nèi)模(=0, 1,,-1)來(lái)取代CRC的單一全諧波整體內(nèi)模，實(shí)現(xiàn)對(duì)所有諧波的零誤差跟蹤或擾動(dòng)抑制。在PWM三相整流器的應(yīng)用中，采用CRC[12]已經(jīng)能夠獲得比較良好的電流零誤差跟蹤特性及單位功率因數(shù)。但是與CRC相比，PSRC還具有時(shí)間延遲小、收斂速度快但數(shù)字存儲(chǔ)單元不增加的優(yōu)點(diǎn)。

因此，本文將PSRC應(yīng)用于三相/單相PWM整流[13-15]和三相/單相PWM逆變并網(wǎng)系統(tǒng)[16-19]中，驗(yàn)證PSRC的有效性和優(yōu)越性。

1 多內(nèi)模并聯(lián)結(jié)構(gòu)重復(fù)控制器(PSRC)

1.1 PSRC

多內(nèi)模并聯(lián)結(jié)構(gòu)重復(fù)控制器(PSRC)[10-11]如圖1所示，傳遞函數(shù)如式(1)。

式中：k(=0, 1,,-1)是第+次諧波內(nèi)模G() (=0, 1,,-1)的控制增益；為整數(shù)且≥0；由自然指數(shù)函數(shù)的性質(zhì)[20]可得G()的傳遞函數(shù)為

(2)

或等效諧振之和形式：

從式(2)和式(3)中可以看到，第個(gè)單一模G()的極點(diǎn)位于基波頻率的+倍頻，即(±+)o，=0, 1, 2,,-1，=0, 1, 2,頻率處，此時(shí)G()的模值趨近于無(wú)窮大，所以誤差中的±+次諧波成分能夠被完全跟蹤或消除。因此，將個(gè)+次諧波內(nèi)模(=0, 1, 2,,-1共個(gè))并聯(lián)組合，如圖1所示，就可以具有對(duì)基波所有倍頻諧波信號(hào)進(jìn)行良好跟蹤或消除的能力，并且可以“用戶(hù)定制式”獨(dú)立調(diào)節(jié)G()的增益k來(lái)改善PSRC的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

從式(3)還可以看到，±+次諧波頻率項(xiàng)的系數(shù)為CRC的倍(參見(jiàn)文獻(xiàn)[21]中式(3))，所以相同增益時(shí)PSRC單獨(dú)針對(duì)±+次諧波的誤差收斂速度比CRC快倍。因此，通過(guò)加權(quán)調(diào)節(jié)個(gè)G() (=0, 1, 2,,1)增益系數(shù)，可以?xún)?yōu)化PSRC總體誤差收斂速率，獲得比CRC更快的誤差收斂速度。例如，奇次諧波為主時(shí)，令(1+3)>(0+2)能夠在不降低跟蹤精度的情況下提高總體誤差收斂速率。

圖1 多內(nèi)模并聯(lián)結(jié)構(gòu)重復(fù)控制器(PSRC)

1.2 數(shù)字PSRC控制系統(tǒng)

實(shí)際應(yīng)用中，重復(fù)控制器通常數(shù)字化，并加入低通濾波器()和相位補(bǔ)償濾波器f()，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和魯棒性[2]，得到改進(jìn)型數(shù)字PSRC如下：

將重復(fù)控制器插入到傳統(tǒng)的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)中，可以得到如圖2所示插入式重復(fù)控制系統(tǒng)。其中：rc()是插入的重復(fù)控制器；c()是傳統(tǒng)的反饋控制器；p()是控制對(duì)象；()是實(shí)際輸出信號(hào)；ref()是參考輸入信號(hào)；()=ref()-()是跟蹤誤差及rc()的輸入；()是rc()的輸出；()是c()的輸出；()是外部擾動(dòng)信號(hào)。

圖2 插入式重復(fù)控制系統(tǒng)框圖

插入PSRC后閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)輸出()為

(5)

式中：()為ref()到()的傳遞函數(shù)；d()為從()到()的傳遞函數(shù)；()為未插入重復(fù)控制器前的一般反饋控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，如式(6)。

要使插入式的重復(fù)控制系統(tǒng)正常工作，需要在滿(mǎn)足()系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，滿(mǎn)足插入式重復(fù)控制系統(tǒng)也穩(wěn)定，即滿(mǎn)足以下兩個(gè)條件：

(1)()的極點(diǎn)(即1+c()p()=0的根)都在單位圓內(nèi)；

(2)()和d()的極點(diǎn)(即1+rc()()=0的根)都在單位圓內(nèi)。

由文獻(xiàn)[10-11]，如果如圖2所示的PSRC控制閉環(huán)系統(tǒng)是漸進(jìn)穩(wěn)定的，第(2)點(diǎn)穩(wěn)定條件即控制增益k(=0,1,2,…,-1)滿(mǎn)足以下不等式要求：

k≥0 (=0, 1, 2,,-1) (7)

因此，相同穩(wěn)定范圍內(nèi)，PSRC能提供比CRC更快的誤差收斂速度潛能。例如，奇次諧波為主時(shí)，只需增大對(duì)應(yīng)的控制增益數(shù)值即可。

2 恒壓恒頻PWM并網(wǎng)變流系統(tǒng)

2.1 恒壓恒頻PWM并網(wǎng)變換器

如圖3(a)、(b)所示是三相/單相PWM并網(wǎng)變換器的通用結(jié)構(gòu)，都可工作在整流狀態(tài)和并網(wǎng)逆變狀態(tài)，分別對(duì)應(yīng)三相/單相PWM整流器和三相/單相PWM并網(wǎng)逆變器。

若圖3(a)工作于三相整流狀態(tài)，則數(shù)學(xué)模型為

以及

(10)

式中：、和分別是電感、電容和電阻；L為電阻負(fù)載，L為反電動(dòng)勢(shì)；電感電流a、b、c和直流側(cè)電容電壓dc為狀態(tài)變量；a、b、c為a、b、c三相的電網(wǎng)電壓；dc為直流輸出電流；L為直流負(fù)載電流；A、B、C為a、b、c三相的PWM調(diào)制電壓。

圖3 三相/單相PWM并網(wǎng)變換器通用結(jié)構(gòu)

若圖3(b)工作于單相整流狀態(tài)，數(shù)學(xué)模型為

以及

(12)

式中：電感電流s和電容電壓dc為狀態(tài)變量；s為單相的電網(wǎng)電壓；in為單相的PWM調(diào)制電壓。

工作在三相/單相整流狀態(tài)時(shí)，控制目標(biāo)是：獲得單位功率因數(shù)、較高電流跟蹤精度和恒定輸出直流電壓。需對(duì)直流電壓和交流電流進(jìn)行控制，輸出方程分別為式(13)和式(14)。

(14)

若圖3(a)工作在三相并網(wǎng)逆變狀態(tài)，則數(shù)學(xué)模型和式(9)完全一樣，并假設(shè)dc恒定。

PWM調(diào)制電壓可以描述為

直流輸出電流可以寫(xiě)成：

(16)

式中，A、B、C為三相橋臂的開(kāi)關(guān)函數(shù)，定義為

若圖3(b)工作在單相并網(wǎng)逆變狀態(tài)，則數(shù)學(xué)模型和式(11)完全一樣，并假設(shè)dc恒定。

PWM調(diào)制電壓可以描述為

直流輸出電流可以寫(xiě)成：

(19)

式中，in為單相橋臂的開(kāi)關(guān)函數(shù)，定義為

工作在三相/單相并網(wǎng)逆變狀態(tài)時(shí)，控制目標(biāo)是：獲得可調(diào)功率因數(shù)和較高電流跟蹤精度。需對(duì)交流電流進(jìn)行控制，輸出方程分別為式(21)和式(22)。

(21)

2.2 控制系統(tǒng)

由式(9)，三相并網(wǎng)變換器可以解耦成三個(gè)完全獨(dú)立的單相系統(tǒng)，因此無(wú)論三相還是單相，無(wú)論并網(wǎng)逆變還是整流控制系統(tǒng)的電流內(nèi)環(huán)控制都可以是一樣的，這里采用的DB+RC復(fù)合控制(具體見(jiàn)2.3節(jié))同時(shí)適用于四種變換器模型。

如圖4(a)所示三相PWM整流控制系統(tǒng)中，包含直流電壓dc的外環(huán)PI控制，實(shí)現(xiàn)dc零誤差跟蹤給定，以及電感電流的內(nèi)環(huán)，實(shí)現(xiàn)電感電流a、b和c較高精度跟蹤參考。

如圖4(b)所示單相PWM整流控制系統(tǒng)與圖4(a)的主要區(qū)別在于電流信號(hào)數(shù)量只有一個(gè)，即電感電流s。

如圖4(c)所示三相PWM并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)中，參考電流信號(hào)的生成通過(guò)給定有功和無(wú)功參考值、利用瞬時(shí)功率理論計(jì)算[22]及后續(xù)變換得到。電流內(nèi)環(huán)控制與圖4(a)類(lèi)同。

如圖4(d)所示單相PWM并網(wǎng)逆變系統(tǒng)中，參考電流中的幅值信號(hào)可由下式計(jì)算得到：

式中，s為電壓s的有效值。而角度信號(hào)包含：電壓鎖相產(chǎn)生電壓角度信號(hào)、PQ控制產(chǎn)生電壓和電流間相位差角度信號(hào)以及電流參考方向和功率方向相反需進(jìn)行角度反向調(diào)整的角度信號(hào)三部分。電流內(nèi)環(huán)控制與圖4(b)類(lèi)同。

2.3 數(shù)字控制器的選取

采用的數(shù)字控制器為傳統(tǒng)無(wú)差拍控制器(DB)和插入式重復(fù)控制器(RC)的復(fù)合控制器，其中插入式RC分為CRC和PSRC兩種。

(a) DB

將三相并網(wǎng)變換器式(9)離散化后得

(24)

式中：a()、b()和c()為三相占空比；1=/，2=。

可將式(24)分解為三個(gè)獨(dú)立的單相子系統(tǒng)：

式中，=a,b,c。

同理，單相并網(wǎng)變換器式(11)的離散形式為

式中，in()為占空比，1=/，2=。與三相離散式方程的差別只在直流電壓相差一個(gè)1/2的系數(shù)。

為使控制器統(tǒng)一、簡(jiǎn)便，這里選擇相同的DB控制器。于是DB控制器為

式中，三相時(shí)下標(biāo)==a,b,c，單相時(shí)下標(biāo)=in，=s，并且令iref()=i(+1)，=a,b,c，sref()=s(+1)。于是不帶RC的閉環(huán)傳遞函數(shù)為()=-1，上述電流DB控制器是理論上只有一拍(即一個(gè)采樣周期)控制延遲的無(wú)差拍控制器，從而能夠提供快速的響應(yīng)速度。

b. 插入式CRC

插入式數(shù)字CRC如下所示：

c. 插入式PSRC

插入式數(shù)字PSRC如下所示：

應(yīng)用到三相并網(wǎng)變換器時(shí)，取=6，得到針對(duì)三相并網(wǎng)變流系統(tǒng)的PSRC(記為PSRC-6)如下：

(30)

應(yīng)用到單相并網(wǎng)變換器時(shí)，取=4，得到針對(duì)單相并網(wǎng)變流系統(tǒng)的PSRC(記為PSRC-4)如下：

當(dāng)然單相時(shí)也可以取=2，得到雙模重復(fù)控制器[3-4](DMRC，本文記為PSRC-2)如下：

(32)

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 整體平臺(tái)及電路參數(shù)

為了驗(yàn)證PSRC在三相/單相并網(wǎng)變流系統(tǒng)中的有效性和優(yōu)越性，搭建基于dSAPCE1104的三相/單相恒壓恒頻PWM IGBT變流系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，系統(tǒng)參數(shù)如表1和表2所示。

表1 三相/單相整流系統(tǒng)參數(shù)

表2 三相/單相并網(wǎng)逆變系統(tǒng)參數(shù)

將表1和表2參數(shù)代入式(27)，可得DB都為

對(duì)于三相/單相PWM整流和并網(wǎng)逆變系統(tǒng)，插入式CRC和PSRC的相位補(bǔ)償濾波器都取實(shí)驗(yàn)中實(shí)際調(diào)試出來(lái)的最優(yōu)值f()=3，來(lái)補(bǔ)償系統(tǒng)中包括電流電壓間相位延遲在內(nèi)的各種時(shí)間延遲；選擇CRC、PSRC-6、 PSRC-4和PSRC-2的濾波器分別為()=0.25+0.5+0.25-1，Q()=0.1+0.8+0.1-1(=0,1,2,3,4,5)，Q()=0.1+0.8+0.1-1(=0,1,2,3)和Q()= 0.20+0.6+0.20-1(=0,1)。選擇PSRC-4的增益為0=2=0.1×rc,1=3=0.4×rc；選擇PSRC-2的增益為0=0.2×rc,1=0.8×rc。為了具有可比性，選擇各種RC增益相同，對(duì)CRC選擇：rc=0.2，對(duì)PSRC-6滿(mǎn)足：0+1+2+3+4+5=rc=0.2；對(duì)PSRC-4滿(mǎn)足：0+1+2+3=rc=0.2；對(duì)PSRC-2滿(mǎn)足：0+1=rc=0.2。

3.2 三相/單相PWM整流系統(tǒng)

a. 單獨(dú)DB控制

圖5(a)和圖6(a)分別顯示了三相和單相整流時(shí)單獨(dú)DB控制的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。兩圖中都可以看到：直流電壓dc能夠達(dá)到給定的參考電壓120 V。但由于實(shí)驗(yàn)中多個(gè)環(huán)節(jié)的延遲作用，圖5(a)中電感電流a對(duì)相電壓a仍然有2~3拍時(shí)間延遲，而圖6(a)中電感電流s對(duì)電壓s仍然有約2拍的時(shí)間延遲，并且s過(guò)零點(diǎn)附近畸變比較明顯。因此，本文加入CRC和PSRC，來(lái)提高三相/單相PWM整流系統(tǒng)的電流跟蹤控制精度和獲得單位功率因數(shù)，并進(jìn)行比較研究。

b. DB+RC控制

圖5(b)~(c)和圖7顯示了插入CRC和PSRC-6的三相整流系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，圖6(b)~(d)和圖8顯示了插入CRC、PSRC-4和PSRC-2的單相整流系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，其中圖5(b)~(c)和圖6(b)~(d)顯示了穩(wěn)態(tài)電網(wǎng)(線)電壓和電感電流波形，圖7和圖8分別顯示了電感電流a和s的跟蹤誤差收斂變化波形。

從圖5和圖6都可以看出，CRC、PSRC-6、PSRC-4和PSRC-2都能使電流和電壓間的相位差得到補(bǔ)償，克服了DB單獨(dú)作用時(shí)的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了單位功率因數(shù)。從圖7和圖8中都可以看到，PSRC-6、PSRC-4、PSRC-2和CRC一樣，都能使電流的跟蹤誤差得到下降，實(shí)現(xiàn)電流的精確控制。從圖7和圖8中還可以看到，CRC和PSRC-6、PSRC-4、PSRC-2的電流誤差跟蹤收斂時(shí)間分別為：0.32 s和0.14 s、0.18 s、0.20 s，因此可得，相對(duì)CRC，PSRC-6、PSRC-4、PSRC-2都能使電流的誤差收斂速率得到大幅提高，最快能夠接近CRC的三倍(PSRC-6)和兩倍(PSRC-4、PSRC-2)，實(shí)現(xiàn)電流的快速控制。而PSRC-6、PSRC-4、PSRC-2和CRC占用相同的數(shù)字存儲(chǔ)單元。

因此，上述實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了PSRC在三相/單相PWM整流系統(tǒng)中的有效性和相對(duì)CRC的優(yōu)越性。

圖7 加入RC后三相整流系統(tǒng)電流誤差收斂波形圖

圖8 加入RC后單相整流系統(tǒng)電流誤差收斂波形圖

3.3 三相/單相PWM并網(wǎng)逆變系統(tǒng)

a. 單獨(dú)DB控制

圖9(a)和圖10(a)分別顯示了三相和單相逆變并網(wǎng)時(shí)單獨(dú)DB控制的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。兩圖中都可以看到，電流畸變還是比較嚴(yán)重的，并沒(méi)有形成一條比較光滑的正弦波。因此，本文加入CRC和PSRC，來(lái)提高三相/單相PWM逆變并網(wǎng)系統(tǒng)的電流跟蹤控制精度，并進(jìn)行比較研究。

b. DB+RC控制

圖9(b)~(c)和圖11顯示了插入CRC和PSRC-6的三相逆變并網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，圖10(b)~(d)和圖12顯示了插入CRC、PSRC-4和PSRC-2的單相逆變并網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，其中圖9(b)~(c)和圖10(b)~(d)顯示了穩(wěn)態(tài)電網(wǎng)(線)電壓和電感電流波形，圖11和圖12分別顯示了電感電流a和s的跟蹤誤差收斂變化波形。

從圖9和圖10中都可以看出，CRC、PSRC-6、PSRC-4和PSRC-2都能使電流的畸變得到明顯改善。從圖11和圖12中都可以看到，PSRC-6、PSRC- 4、PSRC-2和CRC一樣，都能使電流的跟蹤誤差得到下降，實(shí)現(xiàn)電流的精確控制。從圖11和圖12中還可以看到，CRC和PSRC-6、PSRC-4、PSRC-2的電流誤差跟蹤收斂時(shí)間分別為：0.32 s和0.14 s、0.20 s、0.20 s，因此可得，相對(duì)CRC，PSRC-6、PSRC-4、PSRC-2都能使電流的誤差收斂速率得到大幅提高，最快能夠接近CRC的三倍(PSRC-6)和兩倍(PSRC-4、PSRC-2)，實(shí)現(xiàn)電流的快速控制。而PSRC-6、PSRC-4、PSRC-2和CRC占用相同的數(shù)字存儲(chǔ)單元。

因此，上述實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了PSRC在三相/單相PWM并網(wǎng)逆變系統(tǒng)中的有效性和相對(duì)CRC的優(yōu)越性。

圖9 三相逆變并網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)波形(x軸：2.5 ms/格，y軸：20 V/格和2 A/格)

圖10 單相逆變并網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)波形(x軸：2.5 ms/格，y軸：20 V/格和2 A/格)

圖11 加入RC后三相逆變并網(wǎng)系統(tǒng)電流誤差收斂波形圖

圖12 加入RC后單相逆變并網(wǎng)系統(tǒng)電流誤差收斂波形圖

4 結(jié)論

將PSRC應(yīng)用于恒壓恒頻PWM并網(wǎng)變流系統(tǒng)，包括三相/單相整流和三相/單相逆變并網(wǎng)系統(tǒng)中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了PSRC的有效性和優(yōu)越性。

1) 在三相/單相PWM整流系統(tǒng)中，PSRC都使電壓、電流間的相位差得到補(bǔ)償，從而實(shí)現(xiàn)了單位功率因數(shù)和電流的精確控制；并且，相對(duì)CRC，PSRC都能使電流的誤差收斂速率得到大幅提高，最快能夠接近CRC的三倍(三相)和兩倍(單相)，從而實(shí)現(xiàn)了電流的快速控制。

2) 在三相/單相PWM逆變并網(wǎng)系統(tǒng)中，PSRC都能使電流的畸變得到明顯改善，從而實(shí)現(xiàn)了電流的精確控制；并且，相對(duì)CRC，PSRC都能使電流的誤差收斂速率得到大幅提高，最快能夠接近CRC的三倍(三相)和兩倍(單相)，從而實(shí)現(xiàn)了電流的快速控制。

總之，PSRC實(shí)現(xiàn)了PWM并網(wǎng)變流系統(tǒng)的并網(wǎng)電流快速、精確控制，為“凈化”電力系統(tǒng)中電力電子接口提供了一種高性能電流控制策略。

[1] FRANCIS B A, WONHAM W M. The internal model principle of control theory[J]. Automatica, 1976, 12(5): 457-465.

[2] COSNER C, ANWAR G, TOMIZUKA M. Plug in repetitive control for industrial robotic manipulators[C] // IEEE International Conference on Robotics and Automation, Cincinnati, OH, 1990: 1970-1975.

[3] ZHOU K, WANG D, ZHANG B, et al. Plug-in dual- mode-structure repetitive controller for CVCF PWM inverters[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2009, 56(3): 784-791.

[4] ZHOU K, WANG D, ZHANG B, et al. Dual-mode structure digital repetitive control[J]. Automatica, 2007, 43(3): 546-554.

[5] COSTA-CASTELLO R, GRINO R, FOSSAS E. Odd-harmonic digital repetitive control of a single-phase current active filter[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2004, 19(4): 1060-1068.

[6] ESCOBAR G, HERNANDEZ-BRIONES P G, MARTINEZ P R, et al. A repetitive-based controller for the compensation of 6l±1 harmonic components[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2008, 55(8): 3150-3158.

[7] ZHOU K, LOW K, WANG D, et al. Zero-phase odd-harmonic repetitive controller for a single-phase PWM inverter[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2006, 21(1): 193-201.

[8] LU W, ZHOU K, WANG D, et al. A generic digital nk±m(xù) order harmonic repetitive control scheme for PWM converters[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2014, 61(3): 1516-1527.

[9] LU W, ZHOU K, CHENG M, et al. A novel 6k±1 order harmonic repetitive control scheme for CVCF three-phase PWM inverters[C] // International Conference on Electrical Machines and Systems, Beijing, 2011: 1-4.

[10] LU W, ZHOU K, WANG D, et al. A general parallel structure repetitive control scheme for multiphase DC- AC PWM converters[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2013, 28(8): 3980-3987.

[11] LU W, ZHOU K, WANG D. General parallel structure digital repetitive control[J]. International Journal of Control, 2013, 86(1): 70-83.

[12] ZHOU K, WANG D. Digital repetitive controlled three- phase PWM rectifier[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2003, 18(1): 309-316.

[13] 楊俊偉, 史旺旺. 交流電流直接控制的單相 PWM 整流器非線性控制策略[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2015, 43(20): 114-118.

YANG Junwei, SHI Wangwang. Nonlinear control strategy for direct AC current control in single-phase PWM rectifier[J]. Power System Protection and Control, 2015, 43(20): 114-118.

[14] 尹璐, 趙爭(zhēng)鳴, 張凱, 等. 一種考慮系統(tǒng)非理想特性的三相電壓型 PWM 整流器控制參數(shù)設(shè)計(jì)方法[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2015, 30(23): 10-17.

YIN Lu, ZHAO Zhengming, ZHANG Kai, et al. A regulator design method for three-phase voltage-source PWM rectifiers considering the non-ideal characters of the control system[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2015, 30(23): 10-17.

[15] 王萌, 施艷艷, 沈明輝, 等. 三相電壓型整流器模型電壓預(yù)測(cè)控制[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2015, 30(16): 49-55.

WANG Meng, SHI Yanyan, SHEN Minghui, et al. Model voltage predictive control for three-phase voltage source rectifier[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2015, 30(16): 49-55.

[16] 郭小強(qiáng), 賈曉瑜, 王懷寶, 等. 三相并網(wǎng)逆變器靜止坐標(biāo)系零穩(wěn)態(tài)誤差電流控制分析及在線切換控制研究[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2015, 30(4): 8-14.

GUO Xiaoqiang, JIA Xiaoyu, WANG Huaibao, et al. Analysis and online transfer of stationary frame zero steady-state error current control for three-phase grid-connected inverters[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2015, 30(4): 8-14.

[17] 雷亞雄, 李建文, 李永剛. 基于準(zhǔn)PR調(diào)節(jié)器電流雙閉環(huán)LCL三相并網(wǎng)逆變器控制[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2014, 42(12): 44-50.

LEI Yaxiong, LI Jianwen, LI Yonggang. Control strategy of three-phase LCL grid-connected inverter based on quasi-PR adjuster[J]. Power System Protection and Control, 2014, 42(12): 44-50.

[18] 趙貴龍, 曹玲玲, 祝龍記. 基于光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的改進(jìn)鎖相環(huán)設(shè)計(jì)[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2015, 43(2): 108-112.

ZHAO Guilong, CAO Lingling, ZHU Longji. Improved PLL design of PV grid inverter system[J]. Power System Protection and Control, 2015, 43(2): 108-112.

[19] 翦志強(qiáng), 司徒琴. 三相電壓不對(duì)稱(chēng)跌落光伏并網(wǎng)逆變器控制方法[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2015, 43(14): 126-130.

JIAN Zhiqiang, SITU Qin. Control method of photovoltaic grid-connected inverter under three-phase voltage unbalanced dips[J]. Power System Protection and Control, 2015, 43(14): 126-130.

[20] GRADSHTE?N I S, RYZHIK I M, JEFFREY A, et al. Table of integrals, series, and products[M]. 7th ed. San Diego, CA: Academic Press, 2007.

[21] LU W, ZHOU K, YANG Y. A general internal model principle based control scheme for CVCF PWM converters[C] // The 2nd IEEE International Symposium on Power Electronics for Distributed Generation Systems, Hefei, 2010: 485-489.

[22] AKAGI H, WATANABE E H, AREDES M. Instantaneous power theory and applications to power conditioning[M]. Hoboken: Wiley, 2007.

(編輯 魏小麗)

Parallel structure repetitive controller for PWM grid-connected converters

LU Wenzhou1, ZHOU Keliang2, CHENG Ming3, SHEN Jinfei1

(1. Key Laboratory of Advance Process Control for Light Industry, Ministry of Education, Jiangnan University,Wuxi 214122, China; 2. School of Engineering, University of Glasgow, Glasgow G12 8QQ, Scotland, UK; 3. School of Electrical Engineering, Southeast University, Nanjing 210096, China)

On the basis of “cleaning” the power electronics interfaces in power system, and in order to achieve fast and accuracy grid currents tracking the references, parallel structure repetitive control (PSRC) and its control system are discussed. PSRC employs a parallel combination of categorized+(=0,1,2,…,-1) order harmonic frequency internal models to achieve the zero-error tracking or disturbance elimination for all harmonics. Compared with conventional RC (CRC), PSRC has less time delay, faster error convergence rate, same tracking accuracy and same digital data memory cells. PSRC is applied into constant-voltage constant-frequency (CVCF) pulse-width-modulation (PWM) converter system, including three/single-phase rectifier/grid-connected inverter systems. Experimental results validate the effectiveness and advantages of PSRC. This work is supported by National Natural Science Foundation of China (No. 51407084) and Fundamental Research Funds for the Central Universities (No. JUSRP11461).

internal model principle (IMP); repetitive control (RC); parallel structure; pulse-width-modulation (PWM); grid-connected converter

10.7667/PSPC151905

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51407084)；中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金項(xiàng)目(JUSRP11461)

2015-10-29；

2016-01-26

盧聞州(1983-)，男，通信作者，博士，副教授，研究方向?yàn)殡娏﹄娮优c電力傳動(dòng)、新能源發(fā)電與控制技術(shù)；E-mail:luwenzhou@126.com 周克亮(1970-)，男，博士，教授，研究方向?yàn)殡娏﹄娮优c電力傳動(dòng)、新能源發(fā)電、控制理論和應(yīng)用、智能電網(wǎng)技術(shù)；E-mail: Keliang.Zhou@glasgow.ac.uk 程 明(1960-)，男，博士，教授，研究方向?yàn)槲⑻仉姍C(jī)及測(cè)控系統(tǒng)、新能源發(fā)電、電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)控制。E-mail: mcheng@seu.edu.cn