(济南申东电力设计有限公司山东省济南市历下区250000)
摘要：针对光伏并网逆变器在采用传统比例积分(PI)控制器时控制效果不理想的问题，提出PI与准PR联合控制的光伏并网电流优化策略。在介绍了PI与准PR联合控制的原理的基础上，详细分析了准PR控制的原理和算法实现。准PR控制能够实现无静差跟踪，PI与准PR联合控制实现了直流的抑制。
关键词：PI控制、准PR控制、LCL滤波
0、引言
从1839年，法国科学家贝克雷尔发现“光生伏特效应”到1954年，美国贝尔实验室，美国科学家恰宾和皮尔松首次制成了实用的单晶硅太阳电池，太阳能转变为电能由设想变为一种可操作的技术。20世纪70年代后，现代工业迅速发展，随之而来的能源短缺、环境污染等问题也越来越引起人们的重视。传统能源的不断减少，使人们越来越关注可再生能源的应用。其中，太阳能是最为符合人们对可再生能源设想的能源。最初太阳能发电主要是以离散式电源的形式存在的，随着经济的高速发展，这种单独的光伏电源已经不足以满足经济发展的需求，促使着光伏电源朝着大规模并网方向发展。光伏并网必须攻克的主要技术难点是如何提高并网电能质量与稳定性。
针对这一难题，本文提出了一种基于准PR控制的控制算法。
1、PI控制原理
单相光伏并网拓扑结构PV是光伏阵列，DC/DC环节为最大功率点跟踪(MPPT)和Boost升压电路，VT1~VT4组成逆变桥式电路，通过控制IGBT导通时间可以将直流电转变为交流电，然后通过电感L1、L2，电容C组成的LCL滤波器。直流逆变后得到交流电压Ui，Ug为电网电压。通过调节逆变器的输出电流使得Ui与Ug达到同频率同相位。
根据其拓扑结构可知输入电压对输出电流的传递特性为
（1）
PI控制器的传递函数为
（2）
其在电网基波频率处的增益为
（3）
由表达式(3)知PI作为线性控制在基波频率其为有限值，电流PI调节具有改善系统的幅频特性和稳态性能的优点，但其不足也很明显，主要表现为电流环无法实现无静差控制，影响网侧电流的品质，且当输出滤波电容较大时，系统易发生振荡，抗干扰能力弱。
2、PR控制原理
与PI控制器不同，PR控制器的传递函数为（4）式所示，为工频。
（4）
从数学的角度来分析，PR控制器相比于PI控制器来说，其在函数相当于在jω轴上加入了两个闭环极点，通过给定的信号的极点在谐振频率处得到较大的增益。从而使PR控制器可以无差跟踪50Hz的正弦信号，消除了稳态误差和电网基频对并网电流的影响。基于以上特性使PR控制器被广泛应用于电流控制中。
在实际应用中由于硬件与控制系统精度的有限性，使得PR控制器谐振频率无法达到理想的谐振频率，其在谐振频率处的增益也较低，而且无法实现有功和无功功率的独立控制。目前普遍应用准PR
控制器，其减小了电网频率偏移对并网电流的影响，增加了系统的带宽，对于高次谐波的滤除也更明显。也较容易实现，其传递函数：
（5）
根据文献[1]，准PR控制器有三个控制参数是由截止频率的带宽来确定的，根据系统所需的峰值增益的大小来确定，根据系统对比例增益的要求来确定最佳。将准PR控制器传递函数中部分分解为3个简单积分的形式如下式所示。
用离散信号表述上式，如下所示，其中为采样周期，
3.准PR控制实现
整个准PR控制的算法实现结构图如图1所示，其中虚线部分表示上面所分析的准PR控制部分。
图1准PR控制算法控制框图
单环控制自身存在一些缺陷，诸如系统响应速度慢，容易导致系统的不稳定，所以一般采用双环控制，电流内环能提高系统的响应速度，电压外环增加控制系统的稳定性。通过电流控制环节来实现电流的跟踪控制和电量的转换。将ACR采用准PR控制器代替，用增益近似代替PWM换流器，得到电流内环的控制模型。
图2准PR控制的电流内环控制框图
4结论
随着光伏发电不断发展，单个光伏发电的容量与整个电网接纳光伏发电容量的不断增加，对并网电流的要求也不断加大。本文在分析PR与准PR制的基础上，提出了一种基于PI与准PR联合控制的并网电流优化算法，具有很好的并网电流质量和较高的转换效率，有一定的工程应用前景。
参考文献:
[1]王秀云,毛瑞鹏,田壁源,等.基于PI与准PR联合控制的光伏并网电流优化[J].电力系统保护与控制,2017,45(7):121-125.
[2]赵云梦.基于准PR控制的单相光伏并网逆变器的研究[D].杭州:浙江理工大学,2013.