一种频率自适应前馈双模重复-比例控制策略，可抑制并网电流谐波
A frequency adaptive feedforward dual-mode repetitive proportional control strategy that can suppress grid connected current harmonics
研究背景
高比例可再生能源、高比例电力电子设备的大规模应用使“双高”电力系统呈现新特性。电力电子设备惯性小，基于可再生能源的微电网发电功率与负载功率不平衡将导致微电网频率波动。同时，电力电子设备的非线性特性显著，导致系统谐波含量增加，这将导致微电网出现振荡进而可能导致微电网系统不稳定。
并网逆变器作为连接发电单元与负载/微电网的核心部件，要为负载/微电网提供高质量的并网电流。因此，研究微电网频率波动时抑制逆变器并网电流谐波方法具有重要意义。为了提高微电网频率波动时双模重复控制器的谐波抑制效果，本文提出一种基于IIR滤波器的频率自适应前馈双模重复-比例控制方法。
提出的频率自适应前馈双模重复-比例控制结构如图1所示。该控制结构在双模重复控制的内模中加入前馈环节，并与比例环节并联，提高系统的动态性能。当电网频率波动时，使用IIR滤波器实现分数阶延迟，使控制器对电网频率具有自适应性，在电网频率波动的情况下仍能有效抑制并网电流谐波。
图1 频率自适应前馈双模重复-比例控制结构图
本文在单相LCL型并网逆变器中证明频率自适应前馈双模重复-比例控制的谐波抑制能力和动态性能，LCL型并网逆变器系统结构如图2所示，单相LCL型并网逆变器实验平台如图3所示，其中，直流电源为Chroma 62150H-1000，逆变器平台为研旭YXPHM-TP3xb-I，交流电源为Chroma 61815，电能质量分析仪为Fluke 1775。
图2 LCL型并网逆变器系统结构图
图3 单相LCL型并网逆变器实验平台
实验结论
针对微电网下，电网频率波动造成逆变器并网电流THD升高的问题，提出了一种基于IIR滤波器的频率自适应前馈双模重复-比例控制方法。分析了该控制方法的设计机理及稳定性。
以单相LCL型并网逆变器为例，给出了频率自适应前馈双模重复-比例控制的详细参数设计流程。电网频率为50 Hz时，相比重复-比例控制，频率自适应前馈双模重复-比例控制系统的并网电流THD降至1.0%，有更好的谐波抑制能力。参考电流发生突变时，过渡时间在2个基波周期内，有较好的动态性能。
电网频率发生波动时，以电网频率为49.6 Hz和50.4 Hz为例，相比前馈双模重复-比例控制，频率自适应前馈双模重复-比例控制系统并网电流THD降至0.8%，即对电网频率波动具有自适应性，有更好的谐波抑制能力。参考电流突变时，过渡时间在2个基波周期内，有较好的动态性能。