并网逆变器数字控制特性分析及性能优化.pdf

摘要

并网逆变器作为可再生能源变换为电能的关键电力电子接口装置，普遍采用

数字控制方式，且其控制性能优劣将影响并网电能质量及电网可靠运行。因此，

充分认识并网逆变器数字控制规律是设计、优化控制系统，保证设备及系统高效、

安全、可靠运行的前提。为实现上述目标，本文聚焦分析并网逆变器的数字控制

特性，并采用直接数字校正方法优化其控制环路。论文的主要工作和创新点包括：

(1)建立并网逆变器的平均模型及数字锁相环的小信号模型；详述数字控制

延时的产生过程(包括采样及计算延时、PWM调制延时、硬件固有延时)，并从

频域特性角度分析上述延时、关键参数对控制环路及锁相环性能的影响。研究发

现：数字控制延时会降低控制环路、锁相环的稳定裕度。在考虑数字控制延时影

响的前提下，设计控制器及锁相环参数。

(2)利用频域分析法，详细分析七种离散化方法对准谐振控制器及电流控制

环路性能的影响；并从多角度(包括谐振峰值、相位滞后、DSP运算时间)，分析

离散化方法的差异，确定控制器的最优离散化方法。提出一种基于直接数字校正

的准比例谐振控制器参数设计方法，直接在数字域优化逆变器控制环路性能。通

过电力电子仿真验证理论分析结果的正确性。

(3)详细介绍了并网逆变器实验样机硬件电路、软件系统的设计过程；经过

控制算法设计及实验调试，逆变器初步具备单位功率因数并网功能，且所设计逆

变器便于软硬件二次开发。以此逆变器样机为依托，验证：1)不同离散化方法对

系统动态性能的影响；2)基于直接数字校正的并网逆变器性能优化方法，对逆变

器动态性能的改善程度。

关键词：并网逆变器；数字控制；准比例谐振控制；离散域根轨迹法

I

Abstract

Grid-connectedinverters,asthecriticalpower-electronicinterfaceforthe

renewableenergyconversion,widelyapplythedigital-controlpattern,andtheir

controlperformanceinfluencethereliableoperationofthegridsandthepowerquality.

Therefore,theprocedure—suchasdesigningandoptimizingthecontrolsystem,

ensuringthehigh-efficient,secureandreliableoperationofthedevices—isbasedon

thepremisethatweshouldadequateunderstandtheirdigital-controllaw.Toachieve

theabovetargets,thispaperfocusonthedigital-controlcharacteristicsofthe

grid-connectedinverters,whileapplyingthedirectdigitalcorrectiontooptimizetheir

controlloop.Themainlytasksandinnovationsinthispaperareembodiedasfollow:

(1)Establishanaveragemodelofthegrid-connectedinvertersandasmall-signal

modelofthePLL;Wewilldetailtheorigin