摘要：提出了一种基于重复控制和电网电压前馈控制相结合的光伏并网发电系统。重复控制可以抑制周期性的负载扰动，改善稳态情况下的并网电流波形；同时，采用电网电压的前馈控制来抵消电网的影响，使系统近似成为一个简单的无源跟随系统。实验结果表明，控制策略简单有效，系统的并网电流波形较好。

关键词：并网；重复控制；前馈控制

引言

近年来，随着能源消耗的大规模增加，可再生能源受到了广泛重视，各种并网发电装置的应用逐渐增多。然而，随着投入使用的并网逆变装置增多，其输出的并网电流谐波对电网的污染也不容忽视，根据相关标准[1]，并网逆变器输出的电流波形总谐波畸变率应该<5％，各次谐波畸变率应<3％。基于此，本系统采用了电网电压的前馈控制来抵消电网的影响，使系统近似成为一个无源跟随系统；同时，采用并网电流的重复控制技术[2][3]以抑制周期性的负载扰动，改善稳态情况下的并网电流波形。而对于电压型逆变器来说，改善动态特性的最好方法应该是采用电流控制策略，同时，由于并网逆变器的负载为容量近似无穷大的电网，电压波形基本上是50hz的正弦波，因此，本系统采用直接电流控制方式[4]，使并网输出电流直接跟踪给定并网电流的离散正弦值，实现并网电流的正弦化，且为单位功率因数。

1 主电路构成

1．1 主电路结构

图1为系统的主电路及控制结构图。由图1可知，系统的主电路结构为单相全桥结构，功率器件采用智能功率模块ipm75rsa060，功率输出端利用标准工频升压变压器隔离和升压。由控制目标可知系统为输出电流受控的电压型有源逆变器，逆变器的输出侧呈现受控电流源特性。系统的控制部分采用ti公司生产的高速dsp芯片tms320lf2407a作为控制核心，外扩直流电压、直流电流、电网电压和并网电流等检测电路，通过实时检测电网电压和并网电流等参量，由软件完成并网电流的锁相同步功能。系统采用单极性spwm控制方式，单相全桥结构的两个桥臂分别输出相位差互为180°的高频spwm波，经过电感滤波后，去除高频载波信号，向电网馈入高质量的正弦电流波形。由图1可知，光伏阵列接收的能量先经过全桥逆变和电感滤波，再由升压变压器隔离、升压后以受控电流源的方式并入电网，整个系统和电网隔离，运行安全可靠。

图1 主电路及控制结构

1．2 系统逆变环节的数学模型

图1中取流经滤波电感l的电流il为状态变量，则由图1可得并网逆变器的功率输出侧电压方程

式中：uab为未经滤波的逆变器输出spwm波；

n为升压变压器的变比；

r为滤波电感、变压器和线路的等效电阻。

由式（1）经过拉氏变换，可解出

当逆变器的开关频率较高时，忽略开关器件和死区的影响，则spwm控制方式下的桥式逆变器可近似为一个等效的放大系数为k的放大环节，即

g（s）=kpwm （3）

由式（2）及式（3）可得到系统的并网电流闭环结构图，如图2所示。

图2 电流闭环结构图

1．3 逆变输出侧电压矢量图

由式（1）可得功率输出侧的电压矢量图，如图3所示。

（a）r=0 (b)r≠0

图3 电压矢量图

2 系统的控制方式

为了使逆变器输出良好的并网电流波形，必须对逆变器的输出并网电流进行闭环控制。死区、逆变器内部的不对称因素、直流侧电压和电网等扰动的存在都会使得逆变器输出的并网电流波形畸变，当采用传统的pi控制来跟踪正弦给定信号时，存在如下一些局限性：

1）当跟踪信号为快速变化的正弦波时，从理