基于DSP的单相光伏并网控制系统的设计

　　世界范围内的能源短缺和环境污染已成为制约人类社会可持续发展的两大重要因素，大力发展新的可替代能源已成为当务之急。太阳能发电作为一种新的电能生产方式，以其无污染、安全、资源丰富、分布广泛等特点显示出无比广阔的发展空间和应用前景。随着光伏并网发电设备的增加，并网电流谐波带给电网污染的问题也得到了越来越多重视。为改善并网输出电流波形，文献采用了重复控制来抑制周期性干扰，但重复控制响应速度慢，使控制系统稳定性变差。文献提出了使用重复控制来改善输出波形质量，本文在此基础上提出了一种将重复控制和传统PI相结合的控制方法，PI控制使系统有着良好的动态性能，重复控制用来抑制周期性干扰，提高跟踪精度。

　　l 并网逆变器结构

　　本文提出的单相并网逆变器的主体结构如图l所示，系统采用两级结构，前级DC/DC为Boost升压电路，后级为半桥逆变和LC滤波电路。图l中前级Boost升压电路是为了满足电池板的宽电压输入范围，半桥上的电容C2、C3既是Boost的输出电容，也作为半桥的储能电容。输出采用LC滤波结构来滤出高频开关噪声。

　　2 控制系统设计

　　2.1 传统PI控制器设计

　　取图1中输出电感L2电流为状态变量，则

　　Uinv为逆变器输出电压，U-Grid为电网电压，L为电感值，r为电感等效内阻。则基于传统PI控制的系统框图如图2所示。

　　图2中，Iref为参考正弦，U-Grid为电网电压，Io为并网电流，Fb_cor为前馈系数。在设计控制系统时为了减少或消除稳态误差，可以提高系统的型别或者开环增益，但却影响了系统的稳定性，降低了系统的动态性能。也可以通过限制系统带宽来抑制高频扰动，但对低频干扰却作用不大。而前馈控制并不改变反馈系统的特性，只要参数选择得当，可以对可测量误差进行完全补偿。因此本文为了抵消电网的影响采用了反馈和前馈相结合的复合控制方法。在高频控制信号下，半桥电路可以等效为比例放大器，设为KPWM。则由控制若使U-Grid作用下的误差为零，则实现了误差全补偿，由(3)式可得到全补偿条件为

　　若使U-Grid作用下的误差为零，则实现了误差全补偿，由(3)式可得到全补偿条件为

　　但在实际应用中，由于信号采样精度及处理的延迟，不可能做到全补偿，严重的时候可能给系统带来新的误差，因此必须对信号延迟进行补偿。本文采用了二阶外推的方法对信号延迟进行补偿并且用simulink/matlab 7.0验证了上述算法，仿真结果如图3所示。为便于显示，将电网电压衰减为峰值20V。