逆变器中的重复控制算法



光伏逆变器中的 MPPT：技术原理及其对发电效率的影响

在光伏发电系统中，逆变器扮演着将太阳能板产生的直流电转化为交流电的关键角色。MPPT（Maximum Power Point Tracking，最大功率点跟踪）技术是提升光伏发电效率的重要手段。让我们深入探讨光伏逆变器中的MPPT技术原理及其对发电效率的影响。

MPPT技术，正如其名，旨在在不同光照强度和温度条件下，通过调整逆变器的输出电压和电流，确保光伏组件始终运行在最大功率点，从而实现光伏发电系统的最大功率输出。可以将MPPT技术类比为一个智能“指挥家”，根据环境变化实时调整光伏系统的工作状态，以达到最佳发电效果。

最大功率跟踪(MPPT)控制的目标是实现光伏电池的最大功率输出。这一过程是一个动态优化过程，通过检测当前光伏电池输出电压U与电流I，得到当前功率值，然后与前一时刻的功率值比较，取两者中较大的值；在下一个周期，重复这一过程，即可实现MPPT控制。

MPPT技术的核心在于控制算法，常见的算法包括恒电压跟踪法、扰动观察法、增量电导法以及模糊控制法等。其中，恒电压跟踪法工作原理是：在固定温度下，光伏电池的最大功率点分布在垂直线两侧，只需找到特定电压Um，并控制光伏电池使其输出恒定在此电压即可。该方法控制简单，可靠性高，能提高光伏电池20%的效率，但忽略环境温度对输出电压的影响。扰动观察法通过给定的电压扰动信号，测量功率变化并与扰动前比较，确定正确方向进行扰动，优点是结构简单、参数少，但初始值和跟踪步长的选择影响精度和速度，且在最大功率点附近可能引起振荡，降低效率。增量电导法通过判断工作点电压与最大功率点之间的关系，避免了盲目性，提高了效率。模糊控制法则是一种非线性智能控制方法，通过模糊逻辑处理输入量，实现最大功率跟踪控制，提高精确度。

采用MPPT技术的光伏逆变器显著提高了发电效率。通过实时调整光伏组件的工作电压，MPPT技术使光伏系统在不同光照强度和温度条件下始终保持在最大功率点附近运行，有效提高了发电效率，比传统逆变器提高10%至20%。

总之，MPPT技术是光伏逆变器中提高发电效率的关键技术。通过实时调整光伏组件的工作电压，MPPT技术使光伏发电系统在不同光照条件下始终保持最大功率输出，有效提升了发电效率。

逆变器的重复控制

逆变器的重复控制

逆变器中的重复控制是一种针对周期性扰动信号的有效控制策略，它基于内模原理，能够无静差地消除周期信号，特别适用于处理如RCD负载产生的周期性电流扰动等问题。

一、内模原理与重复控制基础

内模原理指出，若控制器的反馈来自被调节的信号，且在反馈回路中包含被控信号的动力学模型，则系统能够稳定。对于重复控制而言，其核心在于将外部周期性信号的动力学模型植入控制器，从而构成高精度的反馈控制系统。这种系统能够无静差地跟踪输入信号，特别是周期性信号。

对于阶跃信号，PI控制器可以无静差地跟踪。然而，对于正弦信号或周期性重复信号，PI控制器则无法做到无静差跟踪。此时，PR控制器（比例谐振控制器）或重复控制器则更为适用。PR控制器可以针对特定频率的正弦信号进行无静差跟踪，而重复控制器则能够处理任意周期性信号。

二、重复控制器的结构与工作原理

重复控制器的结构通常包括受控对象、补偿器、低通滤波器以及内模等部分。其中，内模是重复控制器的核心，它包含了周期性信号的动力学模型。补偿器则用于对系统的相位和幅值进行补偿，以确保系统的稳定性和控制效果。低通滤波器则用于滤除高频噪声，避免对系统造成干扰。

重复控制器的工作原理可以概括为：在每个控制周期内，控制器都会根据前一个周期的误差信号来计算当前周期的控制输出。通过不断迭代和修正，系统能够逐渐消除周期性扰动信号，实现无静差控制。

三、逆变器重复控制的实现

在逆变器系统中，重复控制通常嵌入在电压外环PI控制之前，形成复合控制系统。这样既能保留PI控制器对直流分量的快速响应能力，又能利用重复控制器对周期性扰动信号进行精确抑制。

实现逆变器重复控制的关键在于确定重复控制器的参数，包括内模的周期、补偿器的相位和幅值补偿系数等。这些参数需要根据系统的实际情况进行调试和优化，以确保系统的稳定性和控制效果。

四、逆变器重复控制的仿真与实验

通过Matlab/Simulink等仿真软件，可以对逆变器重复控制系统进行建模和仿真分析。仿真结果可以直观地展示系统在有无重复控制下的性能差异，包括输出电压和电流的波形、总谐波失真（THD）等指标。

实验方面，可以在实际的逆变器系统中进行重复控制实验，通过调整控制参数和观察系统响应，进一步验证重复控制的有效性和稳定性。

五、总结

逆变器的重复控制是一种有效的控制策略，能够显著抑制周期性扰动信号，提高系统的稳定性和输出电压质量。通过合理的参数设计和优化，重复控制器可以在逆变器系统中发挥重要作用，为电力电子设备的稳定运行提供有力保障。

以下是一些关键的描述和展示：

（RCD负载的电流信号波形，展示了周期性扰动的特点）（重复控制器的结构图，展示了控制器的主要组成部分和工作原理）（逆变器系统的Matlab模型，用于仿真分析重复控制的效果）（采用重复控制后的输出电压和参考电压波形，展示了控制效果的提升）

这些和描述有助于更直观地理解逆变器重复控制的工作原理和实际效果。

重复控制器学习心得（一）——频率自适应、有限脉冲响应滤波器（FIR）及拉格朗日插值法

重复控制器学习心得（一）——频率自适应、有限脉冲响应滤波器（FIR）及拉格朗日插值法

一、频率自适应重复控制器

重复控制器（RC）在并网逆变器中因其良好的谐波抑制效果而得到广泛应用。然而，其性能与采样频率和信号的固有频率密切相关。当信号频率发生波动时，重复控制器的性能会受到影响。

重复控制器在正常工作状态下，理论上在基频及整数倍基频处的增益是无穷大的，这是其能够有效抑制基频及整数倍基频谐波的关键所在。但在实际应用中，电网频率往往会在50Hz上下波动，导致基频及整数倍基频的位置相对正常情况发生偏移，从而使得控制器在这些频率点的增益大大降低。例如，当信号频率波动时，原本应在9倍频处的中心频率会发生偏移，而在原9倍频处控制器的幅值可能会降至8dB甚至更低，如图所示。

为了解决这一问题，有两种主要思路：一是从改变采样频率入手，保持采样频率与信号频率之比N为整数，但这种方法实现起来较为困难；二是从控制器本身入手，使控制器能够应对N值不为整数的情况。目前，我正在研究采用有限脉冲响应（FIR）滤波器近似代替分数阶延时环节的方法，以实现频率自适应的重复控制器。

二、有限脉冲响应滤波器（FIR）

FIR滤波器是一种线性相位滤波器，其结构相对简单，易于实现。FIR滤波器的输出是输入信号的有限个过去值和当前值的线性组合，其表达式为：

其中，h(1), h(2), ..., h(M)为对应阶数延时环节的系数。通过改变这些系数，可以近似估计各阶数的延时环节，从而实现对分数阶延时环节的近似代替。

FIR滤波器的结构如图所示：

从图中可以看出，FIR滤波器由多个延时环节和乘法器组成，通过调整乘法器的系数，可以实现不同的滤波效果。

三、拉格朗日插值法

在FIR滤波器的设计中，系数的选择至关重要。为了实现对分数阶延时环节的精确近似，可以采用拉格朗日插值法来确定FIR滤波器的系数。

拉格朗日插值法是一种多项式插值方法，其基本原理是通过已知的数据点构造一个多项式，使得该多项式在已知数据点上取值与数据点的值相等。在FIR滤波器的设计中，我们可以将分数N分为一个整数部分和一个分数部分，整数部分不做变动，分数部分采用拉格朗日插值法近似代替。

具体实现时，我们可以将分数N的整数部分和分数部分分别进行处理。整数部分对应的延时环节可以直接实现，而分数部分则通过拉格朗日插值法构造一个多项式来近似代替。这样，我们就可以得到一个近似的分数阶延时环节，从而实现对重复控制器的频率自适应改进。

采用拉格朗日插值法确定FIR滤波器系数的原因在于，这样可以在相位上使分数阶延时环节与FIR滤波器近似代替环节完全相等，从而确保重复控制器的性能不受信号频率波动的影响。

综上所述，通过采用有限脉冲响应（FIR）滤波器近似代替分数阶延时环节，并结合拉格朗日插值法确定滤波器系数，我们可以实现一种频率自适应的重复控制器。这种控制器能够在信号频率波动时保持稳定的性能，从而有效抑制谐波，提高并网逆变器的运行效率。

并网逆变器谐波抑制

并网逆变器谐波抑制

并网逆变器谐波抑制是确保电力系统安全运行的重要课题。在单相储能并网应用中，由于并网逆变器脉冲调制载波比相对较低以及非线性负载等因素的影响，并网电流容易发生畸变。为了有效抑制谐波，目前一般采用多重化准PR控制和重复控制两种方案，以下主要讲解多重化准PR控制。

一、多重化准PR控制器传函

在单相并网逆变器中，要实现正弦参考电流的无静差跟踪以及消除网侧电压扰动作用，首先需要设定准PR控制器的谐振频率为网侧电压基频，即2π*50rad/s。此外，考虑到网侧电压含有的谐波分量对电流的扰动作用，可以在准PR控制器中加入谐波频率的谐振项。电网中通常会含有一定量的奇次低次谐波，因此，可以在电流控制器中加入3、5、7次谐波频率的谐振项，构成多重化准比例谐振控制器。

多重化准PR控制器的传函表达式中，Krh和Wch分别为对各次谐波的谐振系数和截止频率，h为谐波次数。当并网电流含有3,5,7次的谐波分量时，该控制器可以实现对此几次低次谐波的有效抑制。

二、多重化准PR控制器离散化

多重化准比例谐振谐振控制器实际上是一个特殊的PR控制器，其离散形式的推导可以参考相关文献或技术资料。离散化后的控制器可以更好地适应数字信号处理系统的需求，实现实时控制。

三、多重化准PR控制器方案仿真

为了验证多重化准PR控制器的有效性，可以搭建一个基于MATLAB的单相并网逆变器模型。该模型采用SFUNCTION技术，便于实现后续程序的无缝移植。模型框架包括主电路部分、监控调试窗口部分和MCU控制器部分。

主电路部分：包括逆变器主电路以及电网模型，用于模拟实际并网逆变器的运行情况。监控调试窗口部分：将所有与控制相关的量集中在一起，方便调试和观察控制效果。MCU控制器部分：包含控制算法以及与控制相关的逻辑，采用SFUNCTION完成，可以实现与实际DSP程序的无缝移植。

通过仿真分析，可以对比仅加入1次基波准PR控制器和加入1次基波及3,5,7次谐波的多重化准PR控制器的控制效果。仿真结果表明，加入多重化准PR控制器后，3、5、7次谐波均得到了很好的抑制，电流总THD（总谐波失真）从之前的7.01%下降到了4.96%。

四、仿真对比结果

以下是通过仿真得到的对比结果表：

| | 准PR | 多重化准PR || --- | --- | --- || 电流有效值 | 2.5A | 2.5A || 总THD | 7.01% | 4.96% || 3次谐波THD | 5.03% | 0.26% || 5次谐波THD | 2.89% | 0.18% || 7次谐波THD | 2.43% | 0.19% |

从上述对比结果可以看出，多重化准PR控制器在抑制谐波方面表现出色，显著降低了电流的总THD以及各次谐波的THD。

五、结论

综上所述，多重化准PR控制器是一种有效的并网逆变器谐波抑制方案。通过加入对3、5、7次谐波频率的谐振项，可以实现对这些低次谐波的有效抑制，从而降低电流的总THD，提高电力系统的运行稳定性和安全性。因此，在单相储能并网应用中，多重化准PR控制器具有广泛的应用前景。

逆变器工作原理详解

逆变器的工作原理主要是将直流电能转换为交流电能。以下是逆变器工作原理的详细解释：

一、基本转换过程

逆变器通过特定的电路（如桥式逆变电路）实现直流到交流的转换。在桥式逆变电路中，PN端加入直流电压Ud，A、B端接向负载。通过控制电路中开关（如T1、T2、T3、T4）的通断状态，可以产生交流输出电压。

二、开关状态控制

开关状态决定输出电压：桥式逆变电路的开关状态由加于其控制极的电压信号决定。当T1、T4打开而T2、T3关合时，输出电压u0等于直流电压Ud；相反，当T1、T4关合而T2、T3打开时，输出电压u0等于-Ud。开关频率决定交流电频率：桥中各臂以频率f（由控制极电压信号重复频率决定）轮番通断，这样输出电压u0将成为交变方波，其频率与开关频率f相同。

三、输出波形调整

幅值调整：通过调整直流电压Ud的大小，可以控制输出交流电压的幅值。波形优化：实际应用中，可能需要对输出的交变方波进行滤波和调整，以得到更接近正弦波的交流电，满足特定负载的需求（如家用电器等通常需要220V,50Hz的正弦波交流电）。

四、逆变器的作用

逆变器的主要作用是将直流电能（如电池、蓄电瓶等提供的电能）转换为交流电能，供各种交流负载使用。这种转换在太阳能发电系统、风力发电系统、不间断电源（UPS）等领域有着广泛的应用。

综上所述，逆变器通过控制桥式逆变电路中开关的通断状态，将直流电能转换为交流电能，并通过调整开关频率和直流电压来实现对输出交流电压频率和幅值的控制。

重复控制算法研究

重复控制是一个将过去的控制偏差叠加到当前偏差上，以提高系统跟踪精度和改善品质的控制策略。该方法不仅适用于周期性输入信号的跟踪，还能抑制周期性干扰。

在设计中，一般期望重复控制在高频段的增益减小，为此常在重复控制中加入低通滤波器，以降低高频噪声的影响。

重复控制是内模原理的一种应用，通过在控制系统中加入与外部信号动态模型相似的内部模型，实现无静差跟踪。重复控制的核心理论基于周期性信号的数学模型，如单一频率正弦波。在数字实现中，重复控制内模通过离散化方式简化。

重复控制在单相和三相系统中的应用包括交流逆变电源和PWM整流器。通过引入电流内环或前馈，重复控制可以提高系统的动态响应和稳定性，降低谐振峰值。

重复控制策略包括基本原理、改进型重复控制、数字实现、补偿器设计、电流内环控制等。基于内模原理的重复控制器通过延迟一个周期后对误差信号进行调节，实现系统的无静差跟踪。

在分布式发电系统中，基于LCL的逆变器采用改进重复控制（IRC）和有源阻尼方法（GCFAD）进行电流控制。IRC通过增加内模改进环节，实现对高次谐波的更好抑制效果，同时降低系统成本。

综上所述，重复控制作为内模原理的应用，通过加入低通滤波器和内模环节，提高系统跟踪精度和抗干扰能力，适用于多种控制应用，特别是周期性信号的跟踪和抑制。

全桥逆变器工作原理是怎样的

全桥逆变器的工作原理基于四个开关管的开闭控制，通过不同的开闭状态实现直流电到交流电的转换。具体解释如下：

基本原理：全桥逆变器由四个开关管组成，两个对角的开关管负责将交流电源与负载相连接，另外两个开关管控制电源正负极的开闭，以此实现电流的逆变。通过控制这四个开关管的开闭，可以在输出端得到不同的交流电，波形可以从矩形逐渐逼近正弦波。

工作过程：当第一个开关管导通，第三个开关管断开时，电源正极连接到输出负载，负载负极连接到电源负极，此时输出为正半周期的交流电。而当第一个开关管断开，第三个开关管导通时，负载的电流方向与电池电流方向相反，此时输出为负半周期的交流电。通过周期性地重复这两个开闭状态，即可实现交流电的输出。

控制方法：全桥逆变器的控制方法多样，常用的有脉宽调制控制和谐振控制。脉宽调制通过控制开关管的通断时间来调节输出电压幅值，而谐振控制则是在逆变器的输入输出侧串联谐振电路，通过控制谐振电路的频率和相位来实现对输出电压的控制。

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