一種雙向儲(chǔ)能變流器并網(wǎng)控制策略研究

復(fù)合控制器結(jié)合了PI控制器動(dòng)態(tài)響應(yīng)快和重復(fù)控制器穩(wěn)態(tài)精度高的優(yōu)點(diǎn)。在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)，系統(tǒng)跟蹤誤差小，主要由重復(fù)控制器根據(jù)歷史誤差累加調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出；當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)突變，重復(fù)控制器由于周期性延時(shí)不產(chǎn)生作用，但PI控制器立即作用使跟蹤誤差迅速減小，一個(gè)周期后重復(fù)控制器產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用。隨著跟蹤誤差減小，PI控制作用逐漸減弱，直至系統(tǒng)重新達(dá)到穩(wěn)態(tài)。因此，復(fù)合控制器在具有較好動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性的同時(shí)，提高了系統(tǒng)的諧波抑制能力。由圖3可得PCS并網(wǎng)輸出電流與參考電流的閉環(huán)傳遞函數(shù)表達(dá)式為：

式(3)，(4)中閉環(huán)函數(shù)特征方程包含因子[1+GPI(z)Gc(z)]，即系統(tǒng)單獨(dú)采用PI控制器的特征方程，因此復(fù)合控制系統(tǒng)穩(wěn)定的前提條件之一是單獨(dú)的PI控制系統(tǒng)必須是穩(wěn)定的，故復(fù)合控制中的PI參數(shù)可沿用單獨(dú)PI控制器下的參數(shù)。由上式離散域傳遞函數(shù)可計(jì)算出閉環(huán)傳遞函數(shù)在低頻段保持了較好的零增益和零相移特性，表明復(fù)合控制器保持了PI控制的快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)；而復(fù)合控制擾動(dòng)傳函增益明顯變小并趨于零，表明系統(tǒng)對(duì)低次諧波的抑制能力得到增強(qiáng)。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
基于上述理論，研制了一臺(tái)100 kW鎳鹽電池雙向儲(chǔ)能變流器樣機(jī)，控制系統(tǒng)采用DSP+CPLD雙核架構(gòu)，主控DSP芯片采用TM320F28335。系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)如下：額定容量100 kW；電池電壓范圍250～420 V；允許電網(wǎng)電壓范圍(380±15％)V；允許電網(wǎng)頻率范圍(50±1％)Hz；并網(wǎng)變流器側(cè)電感0．2 mH，濾波電容60μF。
并網(wǎng)變流器輕載時(shí)電流諧波問題更為突出。圖4示出放電功率為30 kW時(shí)PCS的并網(wǎng)電流is及電網(wǎng)電壓us實(shí)測(cè)波形。

圖4a為單純PI控制下的測(cè)試結(jié)果，圖4b為采用復(fù)合控制下的測(cè)試波形，圖4c，d分別示出兩種控制方法下的諧波分析結(jié)果。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知兩種控制方法下系統(tǒng)都得到良好的穩(wěn)態(tài)控制精度，但PI控制的并網(wǎng)電流波形存在一定失真，THD=3．79％，而復(fù)合控制方法明顯改善了電流
波形質(zhì)量，并網(wǎng)電流THD降為1．56％，諧波分量得到了很好的抑制。

圖5示出采用復(fù)合控制方法的充電電流ic、電壓uc波形，可見PCS系統(tǒng)充、放電雙向運(yùn)行穩(wěn)定，并可快速跟蹤給定功率指令變化，電流波形畸變小，滿足系統(tǒng)控制要求。

5 結(jié)論
分析了雙向儲(chǔ)能變流器的主電路和數(shù)學(xué)模型，針對(duì)由于電網(wǎng)擾動(dòng)及調(diào)制等原因引起并網(wǎng)電流的諧波問題，設(shè)計(jì)了采用比例積分和重復(fù)控制并聯(lián)的復(fù)合控制器，在理論分析基礎(chǔ)上，研制了一臺(tái)100 kW雙向儲(chǔ)能變流器樣機(jī)，并對(duì)比分析了傳統(tǒng)比例積分控制與復(fù)合控制下樣機(jī)并網(wǎng)電流實(shí)測(cè)波形，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所提控制方法能有效抑制雙向儲(chǔ)能變流器并網(wǎng)電流諧波，能滿足雙向控制要求，具有較高實(shí)用價(jià)值。