电源技术中的基于重复控制和电压前馈控制的光伏并网发电系统研究与设计

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 随着全球能源消耗的剧增，可再生能源的开发利用愈发受到人们的重视。其中，光伏发电作为可再生能源的重要组成部分，其并网发电系统的技术进步尤其引人注目。光伏并网发电系统的并网电流波形质量，直接影响电网的电能质量和光伏系统的效率。因此，研究和设计出高效的电流控制策略，对于减少电网污染、提高发电系统效率具有重要意义。 本文提出的光伏并网发电系统，基于重复控制和电压前馈控制相结合的控制策略，旨在解决并网电流谐波问题，并改善系统稳定性和动态响应。重复控制是一种能够针对周期性扰动进行精确抑制的控制方法，它通过在控制回路中加入一个周期延迟环节，记录误差信号，并在下一周期中消除该误差。这种控制策略对于处理周期性的负载扰动具有独特优势，能够显著改善并网电流波形，使系统具有较高的稳态精度。 除了重复控制之外，本文还提出采用电网电压前馈控制来进一步提升并网电流质量。电网电压前馈控制的基本思想是预先获取电网电压信息，并将其直接补偿到控制回路中，从而减少电网电压波动对逆变器输出电流的影响。这种控制策略可以有效抵消电网扰动，使得逆变器工作在近似无源跟随状态，进一步提升了电流波形的质量。 文章还提到了控制核心使用的是TI公司的TMS320LF2407A DSP芯片，该芯片能够实时处理直流电压、电流、电网电压和并网电流等信号，并实现了电流的锁相同步功能。借助单极性SPWM控制技术，系统生成180°相位差的高频SPWM波形，并通过低通滤波器后输出高质量的正弦电流馈入电网。 主电路采用单相全桥结构，并利用智能功率模块IPM75RSA060来简化电路设计和提高功率密度。在逆变环节，通过升压变压器实现了光伏阵列与电网的隔离，并提升电压至所需水平后并网。逆变器输出侧呈现受控电流源特性，确保了能量转换的稳定和安全。 文章还对逆变环节数学模型进行了分析，通过拉氏变换和简化得到了电流闭环结构图。在控制策略的选择上，文章指出传统的PI控制在处理快速变化的正弦波跟踪和负载扰动抑制上存在不足，而重复控制恰好能有效克服这些缺陷，实现无静差的精确跟踪和扰动抑制。 最终，通过实验验证了这种结合重复控制和电压前馈控制的光伏并网发电系统的有效性。实验结果显示，系统不仅能够有效抑制电流波形的谐波失真，还能在动态性能和稳态精度上表现出色，为光伏并网发电系统的高效运行提供了有力支持。 总而言之，本文提出的设计方案在提升并网电流质量、减少谐波污染、确保系统稳定高效运行方面展现出了巨大潜力。这不仅为光伏并网发电领域的控制系统设计提供了新的思路，也为未来可再生能源技术的发展和应用指明了方向。随着研究的不断深入和技术的进一步完善，基于重复控制和电压前馈控制的光伏并网发电系统，必将在能源领域扮演越来越重要的角色。