学术简报︱单相逆变器比例谐振控制设计的新方法
辽宁工程技术大学的研究人员李坤、郑文帅、马超、刘春喜，在2019年第12期《电气技术》杂志上撰文指出（论文标题为“基于单相逆变器的比例谐振控制设计”），在单相并网逆变器的应用中，电流控制器的参数对系统输出电流的质量起着至关重要的作用。在负载电流突变时对逆变器输出电流进行有效控制是检验其并网能力的有效方法。
本文提出了一种使系统达到最佳性能的比例谐振控制器参数设计方法。通过对系统建模分析推导出系统传递函数，利用系统开环幅频特性来确定比例谐振控制器参数以获得更好的动态性能，在系统带宽内达到理想的系统增益，充分发挥了比例谐振控制器在静止坐标系下对基频电流无静差跟踪的优势。最终通过仿真和实验验证了该分析方法的有效性。
随着近年来可再生能源的发展，如太阳能、风能等，并网发电技术成为研究热点。对于并网系统，精确的电流控制对于有效调节电网和逆变器之间的有功和无功功率至关重要。若要得到理想的效果就需要设计一个性能良好的逆变控制系统，其技术指标包括负载调整率、电源调整率、输出精度、稳态误差、动态响应等，良好的控制参数往往也可以很大程度地提高系统的综合性能。
传统的比例积分（proportional-integral, PI）调节也有广泛的应用，为了弥补其固有的缺点，提出了许多改进PI调节策略，譬如模糊PI控制，却造成了系统的复杂性和参数的敏感性。
有学者采用无差拍电流控制的方法，可以提高控制性能，但是其过于复杂的运算将导致更长的控制延迟。在旋转坐标系下采用PI控制可消除稳态误差，但该方法多用于三相系统。
有学者针对单相逆变器，提出了采用单相旋转坐标变换的方法，可以有效地减小稳态误差，但是其实现复杂，增加了系统成本。
有学者对比例谐振（proportional resonant, PR）控制原理进行分析，阐述了PR控制能够在谐振频率处提供无穷大的增益，因而对谐振频率处的电流信号实现无静差跟踪，并且易于实现，可有效降低系统成本。
因此，本文以PR控制为基础，通过对系统开环幅频特性的分析并结合系统稳定裕度和稳态误差的要求，求得了高基频增益、大稳定裕度和强鲁棒性的PR控制器参数。
该方法综合考虑逆变器控制中的脉冲宽度调制（pulse width modulation, PWM）和采样延迟影响，在此基础上给出了PR控制器参数的具体设计方法。由此推导出了适用于该逆变器拓扑结构的PR控制器参数计算通式。最终经过仿真和实验验证了所提方法的有效性。
图7 并网逆变器实验平台
本文对单相并网逆变器进行了研究，综合考虑了PWM传输延迟和采样延迟对系统最大增益的影响，提出了一种通过分析系统开环幅频特性来计算系统最大增益的方法。
所设计的PR控制器可以实现对并网电流信号的无静差跟踪控制，有效降低了输出电流的畸变率，并且在负载电流突变时，系统有着很好的动态响应能力。控制器的比例系数设计由滤波电感、最大穿越频率和直流母线电压决定，而积分器时间常数基本上与负载参数无关。通过仿真和实验验证了本文所提方法的有效性。