光伏并网系统的数字滤波无差拍控制算法研究
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内 、 一
由于 Ｄ（＋ ） （ ） ， 中 Ｄ ｋ １为 ｋ ｌ ｋ １＝ ｋ ／ 其 （＋ ） ＋ 时刻 ＩＢ Ｇ Ｔ的 占空 比 ， 为 直 流 母 线 电压 ， 且 Ｒ 并 阻值太小 ， 可忽略不计 ， 以可得 ： 所
Ｄ（＋ ） 一【（＋ ） 】 ｋ １＝ ｜ １一 （） ｉ ｝ ＋ （） ３
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｆ ｒ ｔ ｅ ｓ ｏ ｔ ｇ ｓ ｏ ｈ ｒ ｄ ｔ ｎ ｌ ｃ ｎｒ ｌ ａ ｇ ｒｔ ｍ ｓ ｄ ｉ Ｖ ｒ — ｏ ｎ ｃ ｅ ｙ ｔ ｍ ｎ ｔ ｃ ｉ ｇ ｐ ｅ ｉ ｓｒ ｃ ： ｏ ｈ ｈ ｒ ｅ ｆ ｔ ｅ ｔ ｉ ｏ ａ ｏ ｔ ｏｉ ａ ａ ｉ ｏ ｌ ｈ ｕ ｅ ｎ Ｐ ｇ ｉ ｃ ｎ ｅ ｔ ｄ ｓ ｓｅ ｏ ｒ ｋ ｎ ｒ ｃ － ｄ ａ ｓ ｎ ａ ｄ ｃ ｎ ｒ ｌ ｅ ｅ ｔ ａ ｄ ａ ｂ ａ ｏ ｔ ｌ ａｇ ｒ ｈ ｂ ｓ ｄ ｏ ｉ ｉ ｌ ｔ ｔ ｒ ｉ ｒ ｐ ｓ ｄ Ｔ ｅ ｗ ｏ ｇ ｓ ｍｐ ｅ ｉｎ ｌ ｏ ｉ ｎ ｏ ｔ ｆ ｃ ， ｅ ｄ ｅ ｔ ｃ ｎ ｒ ｌｏ ｔ ｍ ａ ｅ ｎ ｄ ｇｔ ｉ ｅ ｓ ｐ ｏ ｏ ｅ ． ｈ ｒ ｎ ａ ｌ ｄ ｓｇ ａｓ ｆ ｏ ｏ ｏ ｉ ａ ｌ ｔ ｅ ｐ ｗ ｒ ｓ ｓｅ ｖ ｌ ｇ ａ ｅ ｆ ｔ ｒ ｄ ｂ ｈ ｒ ｐ ｓ ｄ ａ ｇ ｒｔ ｍ ， ｎ ｈ ｅ ｏ ｔｇ ａｕ ｓ ａｓ ａ ｅ ｔ ｋ ｎ ｉ ｔ ｈ ｏ ｅ ｙ ｔｍ ｏ ｔ ｅ ｃ ｎ ｂ ｌ ｅ ｙ ｔ ｅ ｐ ｏ ｏ ｅ ｏ ｈ ａ ｉ ｅ ｌ ｉ ａ ｄ ｔ ｅ ｒａ ｖ ｌ ｅ ｖ ｅ ｌｏ ｃ ｎ ｂ ａ ｅ ｎ ｏ ｌ ａ ｌ ｔ ｅ ｐ ａ ｅ ｂ ｅ ｐ ｅ ｉ ｔ ｅ ｍｏ ｅ ｏ ｏｔ ｇ ｇ ｒ ｍ ， ｈ ｃ ｋ ｈ ｏ ｔ ｌ ｐ ｅ ｉ ｏ ｎ ｕ ｅ Ｔ ｅ ｅ ｐ ｒ ｎ ａ ｅ ｈ ｌ ｃ ｙ ｔ ｒ ｄ ｃｉ ｄ ｆ ｖ ｌ ｅ ａ ｏ ｉ ｈ ｖ ａ ｌ ｈ ｔ ｗ ｉｈ ｍａ ｅ ｔｅ ｃ ｎ ｒ ｒ ｃｓ ｎ ｅ ｓ ｒｄ． ｈ ｘ ｅ ｍｅ ｔｌ ｒ － ｏ ｉ ｉ ｓ ｈ ｈ ｗ ｈ ｔ ｈ ｒ ｐ ｓ ｄ ａｇ ｒｔｍ ｎ ｏ ｔ ｌ ｓｒ ｔｇ ｅ ｕ ｅ ｔ ｅ ｏ ｔ ｕ ｕ ｒ ｎ ａ ｍｏ ｉ ｓ ａ ｄ ｐ ｏ ｉ ｅ ｂ ｔ ｒ ｕ ｓ ｓ ｏ ｔａ ｔｅ ｐ ｏ ｏ ｅ ｏ ｈ ａ ｄ ｃ ｎ ｒ ｔ ｅ ｙ ｒ ｄ ｃ ｈ ｕ ｐ ｔ ｃ ｒｅ ｔ ｈ ｒ ｎ ｃ ｎ ｒ ｖｄ ｅｔ ｌ ｉ ｏ ａ ｅ ｑ ａｉ ｆｐ ｗｅ ｎ ｒｙ ｔ ａ ｒ ｄ ｔ ｎ ｎ ， ｌｏ ｉ ｏ ｄ ｓ ｂ ｌ ｙ ａ ｄ ａ ａｌ ｉ ｔ ｒ ｒ ｖ ｄ ｕ ｔ ｏ ｏ ｒｅ ｅ ｇ ｎ ｔ ｉ ｏ ａ ｏ ｅ ａｓ ｔ ｇ ｏ ｔ ｉ ｔ ｎ ｖ ｉ ｌ ｙ ａ ｅ ｐ ｅ ． ｌ ｙ ｈ ａ ｉ ｌ ｓ ａ ｉ ｂ ａ ｉ ｏ
摘要： 针对传 统逆变 控制算 法在 光伏 并 网跟 踪精 度和 控制效 果方 面 的不足 ， 在无差 拍控 制算 法 的基 础上 ， 应用
基 于数字 滤波 的无差 拍算 法解决 并 网跟踪 精度和 控制 时效 。该算 法可 消 除电 网电压采 样 的误信 号 ， 同时能够
利用 预测 算法计 算 出正确 电压 替代值 ， 保证 并网逆变 的控 制精度 。实验表 明 ， 该算法 提高 了并 网跟踪 的稳定性 和控 制精 度 ， 降低 了并 网电流谐 波含 量 ， 向电网输送 较高质 量 的电能 。 能
第４ ６卷 第 ２期
２１ ０ ２年 ２月
电力 电子 技 术
Ｐ ｗ ｒ ｅ ｔ ｎｃ ｏ ｅ Ｅｌｃｒ ｉｓ ｏ
Ｖ １ ６，Ｎｏ２ ｏ． ４ ． Ｆ ｂ ｕ ｒ ０ ２ ｅ ｒ ａｙ ２ １
光伏并网系统的数字滤波无差拍控制算法研究
惠 晶 ，谢 伟 ，王 思 杰
（ 江南大 学 ， 工业 节能 与控制 技术重 点实验 室 ，江 苏 无锡 ２ ４２ ） １ １２
差 拍 控 制算 法 ，必 定给 开关 管 的 占空 比计 算 带来
３ 基 于数字 滤 波的无 差拍控 制算 法
由图 １ 据 基 尔 霍 夫 电压 定 律 ． 得 ： 根 可 Ｕ＝ ａ ｂ ＋ｉｕ ＲＬ ｇ ＋ （） １
误 差 ， 终 影 响 并 网 电能质 量 。 最 因此 对 电 网 电压 正
式 中： 为逆变 器输 出电压 ； 为逆变 器输 出电流 ； ｕ ｉ Ｒ为电
感 和线 路等 效 电阻 ； 电网 电压 。 ｕ为
弦 波 设 定 ＿ ０Ｖ 的 内外 限环 。采 样 时摒 弃 超 出 内 １ 外 环 的采 样 值 ， 时用 预测 信 号代 替 ， 同 以提 高控 制
将 式 （ ） 散化 得 ： １离
（ ＝ （ １ 寺 ２ ｕｋ３ （ ４（） 号 ） （ ） ｓ一 一 ｊ ）５ ） 一一 一 ＋（ ） ｝ ＿
控制精度及稳定性 。 在 此 采 用 一 种 限幅 数 字 滤 波 方 法 ．将 错 误 的
完成向电网输送并网电流 。Ｌ ｃ滤波电路滤除并网 电流 中高 次谐 波 ［。 ２ ］
采样信号滤除 ，同时利用预测算法预测 出正确 电 压信号来代替错误采样信号 。图 ２为滤 除错误采 样信 号示意 图， Ｂ， Ａ， ｃ ３点为采样 时刻 上 电网电 压的尖峰值 。若将这 ３点值作 为采样值提供给无
板的输 出电压 升至高于电网的峰值 电压 ，并完成 ＭＰ Ｐ Ｔ功能。并网逆变全桥 电路 由 ４ ＩＢ 个 Ｇ Ｔ开关
管 Ｖ ￣ Ｑ 组 成 ， Ｑ ， Ｑ 和 Ｖ Ｖ ， 替 导 通 ， Ｑ。Ｖ Ｖ Ｖ Ｑ，Ｑ 交
算 法带 来误 差 ， 终造 成开 关管 的误 操作 ． 响 最 影
制无过冲 ， 响应 速 度 快 ， 态 性 能 佳 ， 动 因此 非 常 适 合 需要 强抗 干 扰 能 力 的光 伏 并 网逆 变 器 【。 光 伏 ”在 并 网系 统 全 桥 逆 变器 拓 扑 结 构 的基 础 上 ，分 析 了 无 差 拍 控 制 的基 本 原 理 ， 数 字 滤 波 技 术 与 无 差 将 拍控 制 算 法 结 合 应 用 于 光 伏 并 网 系 统 ，在 保 证 光 伏 电池 最 大 功 率 输 出 的 同 时 ， 逆 变 器 输 出 电流 使 精 确 、 速地 跟 随 电 网 电压 变 化 。 最 后 ， 过 实 验 快 通 模 型验 证 了其 稳 定 性和 有 效 性 。
ｆ ｒ Ｐ Ｇｒｄ ｃ ｎ ｅ ｔｄ Ｓ ｓｅ ０ Ｖ ｉ ．ｏ ｎ ｃ ｅ ｙ ｔ ｍ
Ｈｕ ｉｇ Ｉ ｉ ＩＪ ，Ｘ Ｅ Ｗｅ ，ＷＡ Ｇ Ｓ－ｅ ｎ Ｎ ｉ ｉ ｊ
（／ ｇ ａ ｎ ｅｓｙ Ｋ ｙＬ ｂｏ ｃｎｍｉ Ｅ ｅｇ ｎ ｏ ｔ ｌ ｅｈｏｏ ，Ｗｕ ｉ １ １２ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱｈｎ ） Ｊ ｎ ｎｎ Ｕ ｉ ｒｉ ， ｅ ａ Ｅ ｏｏ ｃ ｎ ｒ ａｄ Ｃ ｎｒ ｃｎｌ ａ ｖ ｔ ｆ ｙ ｏＴ ｙ ｇ ｘ ４ ２ ，Ｃ ｉ ２ ａ
作 者 简 介 ： 晶 （９ ７ ， ， 西 西 安 人 ， 授 ， 究 方 惠 １５ 一） 男 陕 教 研
向 为 新 能 源 发 电及 控 制 技 术 。
由 Ｌ ， Ｑ ， Ｄ 组 成 的 Ｂ ｏｔ 路 将 光 伏 电 池 。Ｖ Ｖ ｏｓ 电
５ ２
光 伏 并 网 系统 的 数 字 滤 波 无 差 拍 控 制 算 法 研 究
并 网系 统 的要 求 ， 且 也 相对 容 易 实现 。其 中 ， 而 无
２ 光 伏 并 网主 电路 拓 扑 结 构
光 伏 并 网主 电路 由 Ｂ ｏｔ ｏｓ 电路 、 桥 逆 变 电路 全 及Ｌ Ｃ滤波 电路 组成 ， 图 １ 示 。 如 所
差拍控制 是一种高精度数字 化 Ｐ ＷＭ控制方法 。 控
精度和 系统稳定性 。
（）鲁 ＋）ｉ 】 （） （） ＝ １－（） ｜＋ ） ２ ｊ （ ｝
式 中 ： 为采 样 周期 ； （ 为 ｋ时刻 逆 变 器输 出 电压 的 ）
平 均值 ； 为 ｋ时刻 流经 的 电流 平均 值 ； （ 为 ｋ时 （） ） 刻 电网 电压 的平均 值 。
Ｋｅ ｗｏ ｄ ｐ ｏ ｏ ｏ ａ ｃ ｇ ｎ ｒ ｔ ｎ；ｇｉ － ｏ ｎ ｃ ｅ ｙ ｔｍ ；ｄ ａ ｂ ａ ｏ ｔ ｌ ｉｉ ｌ ｎ ｙ ｒ ｓ： ｈ ｔｖ ｈ ｉ ｅ ｅ ａｉ ｏ ｒ ｃ ｎ ｅ ｔ ｄ ｓ ｓｅ ｄ ｅ ｄ ｅ ｔ ｃ ｎ ｒ ；ｄ ｇｔ ｔ ｔ ｇ ｏ ｌ ａ ｉ ｉ
图 ２ 滤 除错误 采样信 号不 恿 图
由泰勒 公式ｆ ｘ） （一 （一 矿 （一 （。 。 ） ） ）
２ ” ）￣６ ｏ ） （ Ｔ／＋ （ 可得 ｋ时刻 电 网电压 预 测值 ： ３
由式 （ ） 知 ， 差 拍 控 制 的思 想 可 理 解 为 由 ３可 无
ｅｔ ｃＲ ｓａｃ ｒｇ ｍ Ｆｕ ｄ ｔｎ ｏ ａｇａ ｎ ｅ ｉ Ｎ ． Ｓ Ｐ ２ ） ｎｉ ｅｅｒｈＰ ｒ ｏ ｎ ａ ｏ ｆＪ ｎｎ ｎＵ ｉ ｒ ｔ ｏ Ｕ Ｒ Ｉ０ ２ ｉ ｆ ｏ ａ ｉ ｉ ｖ ｓｙ（ Ｊ １
１ 引 言
近 年 来 ， 球 能 源 和 环 境 危 机 日益 严 重 ， 阳 全 太 能 光 伏 发 电的 作 用 显得 尤 为重 要 。 当今 国 际 学 术 界 和 产 业 界 都 不 断致 力于 光 伏 发 电控 制 技 术 的研
Ｐ
基 金 项 目 ： 锡 市 科 技 发 展 计 划 项 目（ ＭＥ ０ １ ） 江 南 大 无 Ｃ Ｓ９５ ；
学 科 研 计 划 项 目资 金 （Ｕ Ｒ １０ ２ Ｊ Ｓ Ｐ １２ ）
定 稿 日期 ： ０ １ ０ — ２ ２ １ — ９ ０
图 １ 光伏 并 网主 电路 拓扑 结构 图
关 键词 ： 伏发 电 ；并 网系统 ；无差拍控 制 ；数字滤 波 光 中图分类号 ：Ｍ １ Ｔ ６５ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：０ ０ １０ ２ １ ）２ ０ ５ — ３ １０ — ０ Ｘ（０ ２ ０ —０ ２ ０
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ Ｄｅ ｄ ａ ｎｔ ｏ ｇ ｒ ｔ ｍ ｓ ｄ ｏ Ｄｉ ｉａ ｌｅ ｓ ａ ｃ ｎ ａ ｂｅ ｔ Ｃｏ ｒ ｌＡｌ ｏ ｉｈ Ｂａ ｅ ｎ ｇ ｔ ｌＦｉｔ ｒ
究， 尤其是数字化光伏并 网控制技术 ， 到了越 来 受
越 多 的关 注 。
为 了向电网输送高质量 的电能 ，光伏并 网系
统 需 要 一 种 快速 、 确 、 定 的控 制 方 法 。 常规 控 准 稳
制方 法在控制精度 和响应速度 上存在 明显缺 点 ． 因而 数 字 ＰＤ控 制 、 复 控 制 、 模 变 结 构 控 制 、 Ｉ 重 滑 无差拍控制等数字化控制方法不仅 能够满足光伏
Ｆ ｕ ｄ ｔ ｎ Ｐ ｏｅｔＳ ｐ ｏ ｅ ｙ Ｓｉｎｅ ａ ｄ Ｔ ｃｎｌｇ ｅｅ ｐ ｅｔＦ ｕ ｄｔ ｎ ｏ ｘ（ ｏＣ Ｓ ９ ５ ；ｃ－ ｏ ｎ ａｉ ｒｊｃ： ｕｐ ｒ ｄ ｂ ｃ ｃ ｎ ｅｈ ｏｏ Ｄ ｖｌ ｍ ｎ ｏｎ ａ ｏ ｆＷｕ ｉ Ｎ ．ＭＥ ０ １ ） Ｓｉ ｏ ｔ ｅ ｙ ｏ ｉ
由于 Ｄ（＋ ） （ ） ， 中 Ｄ ｋ １为 ｋ ｌ ｋ １＝ ｋ ／ 其 （＋ ） ＋ 时刻 ＩＢ Ｇ Ｔ的 占空 比 ， 为 直 流 母 线 电压 ， 且 Ｒ 并 阻值太小 ， 可忽略不计 ， 以可得 ： 所
Ｄ（＋ ） 一【（＋ ） 】 ｋ １＝ ｜ １一 （） ｉ ｝ ＋ （） ３
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摘要： 针对传 统逆变 控制算 法在 光伏 并 网跟 踪精 度和 控制效 果方 面 的不足 ， 在无差 拍控 制算 法 的基 础上 ， 应用
基 于数字 滤波 的无差 拍算 法解决 并 网跟踪 精度和 控制 时效 。该算 法可 消 除电 网电压采 样 的误信 号 ， 同时能够
利用 预测 算法计 算 出正确 电压 替代值 ， 保证 并网逆变 的控 制精度 。实验表 明 ， 该算法 提高 了并 网跟踪 的稳定性 和控 制精 度 ， 降低 了并 网电流谐 波含 量 ， 向电网输送 较高质 量 的电能 。 能
第４ ６卷 第 ２期
２１ ０ ２年 ２月
电力 电子 技 术
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光伏并网系统的数字滤波无差拍控制算法研究
惠 晶 ，谢 伟 ，王 思 杰
（ 江南大 学 ， 工业 节能 与控制 技术重 点实验 室 ，江 苏 无锡 ２ ４２ ） １ １２
差 拍 控 制算 法 ，必 定给 开关 管 的 占空 比计 算 带来
３ 基 于数字 滤 波的无 差拍控 制算 法
由图 １ 据 基 尔 霍 夫 电压 定 律 ． 得 ： 根 可 Ｕ＝ ａ ｂ ＋ｉｕ ＲＬ ｇ ＋ （） １
误 差 ， 终 影 响 并 网 电能质 量 。 最 因此 对 电 网 电压 正
式 中： 为逆变 器输 出电压 ； 为逆变 器输 出电流 ； ｕ ｉ Ｒ为电
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弦 波 设 定 ＿ ０Ｖ 的 内外 限环 。采 样 时摒 弃 超 出 内 １ 外 环 的采 样 值 ， 时用 预测 信 号代 替 ， 同 以提 高控 制
将 式 （ ） 散化 得 ： １离
（ ＝ （ １ 寺 ２ ｕｋ３ （ ４（） 号 ） （ ） ｓ一 一 ｊ ）５ ） 一一 一 ＋（ ） ｝ ＿
控制精度及稳定性 。 在 此 采 用 一 种 限幅 数 字 滤 波 方 法 ．将 错 误 的
完成向电网输送并网电流 。Ｌ ｃ滤波电路滤除并网 电流 中高 次谐 波 ［。 ２ ］
采样信号滤除 ，同时利用预测算法预测 出正确 电 压信号来代替错误采样信号 。图 ２为滤 除错误采 样信 号示意 图， Ｂ， Ａ， ｃ ３点为采样 时刻 上 电网电 压的尖峰值 。若将这 ３点值作 为采样值提供给无
板的输 出电压 升至高于电网的峰值 电压 ，并完成 ＭＰ Ｐ Ｔ功能。并网逆变全桥 电路 由 ４ ＩＢ 个 Ｇ Ｔ开关
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作 者 简 介 ： 晶 （９ ７ ， ， 西 西 安 人 ， 授 ， 究 方 惠 １５ 一） 男 陕 教 研
向 为 新 能 源 发 电及 控 制 技 术 。
由 Ｌ ， Ｑ ， Ｄ 组 成 的 Ｂ ｏｔ 路 将 光 伏 电 池 。Ｖ Ｖ ｏｓ 电
５ ２
光 伏 并 网 系统 的 数 字 滤 波 无 差 拍 控 制 算 法 研 究
并 网系 统 的要 求 ， 且 也 相对 容 易 实现 。其 中 ， 而 无
２ 光 伏 并 网主 电路 拓 扑 结 构
光 伏 并 网主 电路 由 Ｂ ｏｔ ｏｓ 电路 、 桥 逆 变 电路 全 及Ｌ Ｃ滤波 电路 组成 ， 图 １ 示 。 如 所
差拍控制 是一种高精度数字 化 Ｐ ＷＭ控制方法 。 控
精度和 系统稳定性 。
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式 中 ： 为采 样 周期 ； （ 为 ｋ时刻 逆 变 器输 出 电压 的 ）
平 均值 ； 为 ｋ时刻 流经 的 电流 平均 值 ； （ 为 ｋ时 （） ） 刻 电网 电压 的平均 值 。
Ｋｅ ｗｏ ｄ ｐ ｏ ｏ ｏ ａ ｃ ｇ ｎ ｒ ｔ ｎ；ｇｉ － ｏ ｎ ｃ ｅ ｙ ｔｍ ；ｄ ａ ｂ ａ ｏ ｔ ｌ ｉｉ ｌ ｎ ｙ ｒ ｓ： ｈ ｔｖ ｈ ｉ ｅ ｅ ａｉ ｏ ｒ ｃ ｎ ｅ ｔ ｄ ｓ ｓｅ ｄ ｅ ｄ ｅ ｔ ｃ ｎ ｒ ；ｄ ｇｔ ｔ ｔ ｇ ｏ ｌ ａ ｉ ｉ
图 ２ 滤 除错误 采样信 号不 恿 图
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１ 引 言
近 年 来 ， 球 能 源 和 环 境 危 机 日益 严 重 ， 阳 全 太 能 光 伏 发 电的 作 用 显得 尤 为重 要 。 当今 国 际 学 术 界 和 产 业 界 都 不 断致 力于 光 伏 发 电控 制 技 术 的研
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基 金 项 目 ： 锡 市 科 技 发 展 计 划 项 目（ ＭＥ ０ １ ） 江 南 大 无 Ｃ Ｓ９５ ；
学 科 研 计 划 项 目资 金 （Ｕ Ｒ １０ ２ Ｊ Ｓ Ｐ １２ ）
定 稿 日期 ： ０ １ ０ — ２ ２ １ — ９ ０
图 １ 光伏 并 网主 电路 拓扑 结构 图
关 键词 ： 伏发 电 ；并 网系统 ；无差拍控 制 ；数字滤 波 光 中图分类号 ：Ｍ １ Ｔ ６５ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：０ ０ １０ ２ １ ）２ ０ ５ — ３ １０ — ０ Ｘ（０ ２ ０ —０ ２ ０
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ Ｄｅ ｄ ａ ｎｔ ｏ ｇ ｒ ｔ ｍ ｓ ｄ ｏ Ｄｉ ｉａ ｌｅ ｓ ａ ｃ ｎ ａ ｂｅ ｔ Ｃｏ ｒ ｌＡｌ ｏ ｉｈ Ｂａ ｅ ｎ ｇ ｔ ｌＦｉｔ ｒ
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为 了向电网输送高质量 的电能 ，光伏并 网系
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制方 法在控制精度 和响应速度 上存在 明显缺 点 ． 因而 数 字 ＰＤ控 制 、 复 控 制 、 模 变 结 构 控 制 、 Ｉ 重 滑 无差拍控制等数字化控制方法不仅 能够满足光伏
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