中频逆变器控制策略综述
中频逆变器控制策略综述

中频逆变器控制策略综述【摘要】文章详细研究了中频逆变器控制策略的发展现状,对中频逆变器几种主要的控制策略进行了系统的分析和综述。
【关键词】中频逆变器;控制策略研究;综述1.引言随着飞机性能的不断提高和用电设备装置的不断增加,对航空电源设备的要求也在提高,例如要求输出的电压精度高,正弦波畸变率低,动态响应速度快、效率高。
但由于功率器件开关频率的限制,相比于常规的工频50Hz/60Hz逆变器,使得400Hz中频逆变器的输出交流电压谐波含量更大,动态响应速度更慢。
为获得性能更为优异的中频逆变器,必须使用合理、高效的控制策略,研究中频逆变器的控制策略具有重要的实用意义。
2.中频逆变器的控制策略在过去的二十多年里,有很多文献研究了逆变器的控制策略,目标是以获得较好的动态响应输出,同时又能够在一个输出周期内实现输出的零稳态误差。
这些控制策略大体上可以分为两类:1、对闭环控制的研究,例如单电压环控制与多环控制;2、对控制算法的研究,例如比例积分控制、重复控制、无差拍控制及滑模控制、智能控制等,本文将重点介绍其中几种常用主要控制策略。
2.1单电压环控制①电压有效值控制电压有效值的控制框图如图1所示。
该方法的控制思想是将输出电压vo的有效值反馈与给定信号vref进行比较,产生的误差信号ve通过控制器Gv得到幅值信号,此信号与正弦函数sinθ相乘以获得系统的调制信号,通过与三角载波信号相比较获得PWM开关驱动信号。
虽然该控制方式可以有效实现对输出电压的有效值控制,但是对于系统的瞬时负载扰动抑制效果几乎为零,输出波形畸变也较严重[1]。
②电压瞬时值控制电压瞬时值的控制框图如图2所示。
此控制方法方法采用单个闭环控制逆变器的输出电压,与参考正弦电压比较产生误差信号,经过控制补偿器产生的调制信号与载波信号比较生成所需的开关驱动信号。
尽管该控制器的设计及实现较容易,但是它并不能够提供较好的电压输出,尤其是当负载为非线性负载时,输出效果很差。
LCL型三相并网逆变器控制策略综述

图 3 所示为无差拍电流控制的框图
图 2 dq 坐标系下 LCL 滤波器的结构框图
4 控制策略 4.1 基于无源阻尼的无差拍控制策略
目前较差拍电流控制的框图, 根据系统的稳定性和动态响应要求选择合 适的 kp1、kp2、kp3 参数,对无差拍控制 的增益进行修正。无差拍控制方法与传统 的 SVPWM 整流器相比,脉冲宽度根据整 流器当前的电路状态实时确定,因而具有 更优越的动态性能。文中给出的方法将无 差拍与传统的 PI 控制方法相结合,即利用 了无差拍控制的快速动态响应特性,又利 用 PI 控制具有的较强的鲁棒性,设计出来 的控制器具有良好的性能。但是无差拍控 制需要的传感器较多,这就增大系统的体 积,也会使得系统的成本增加。故这种控 制策略并未得到广发的应用。
LCL 型三相并网逆变器控制策略综述
摘要 随着新能源发电技术的发展,并网发电系统得到越来越广泛的应用,在并网系
统中并网逆变器是其核心部件。然而,过多的并网逆变器与电网相连会导致系统的谐波分 量的增大,进而影响系统的稳定性。通过对并网逆变器输出端加入滤波器,可以有效的减 少谐波的注入。但是滤波元件的加入会影响逆变器的稳定性,对逆变器的控制策略提出了 更高的要求。本文,通过对电压型三相并网逆变器分析为例,给出了 LCL 型滤波器的数学 模型,并对一些控制策略进行分析和比较。最后,展望了基于 LCL 型滤波器的三相电压型 并网逆变器控制策略的研究热点和研究方向。
di1 udc sk sk uc L1 dt k a ,b ,c di uc L2 2 e dt i C duc i 2 1 dt i C dudc i s dc dc 1 k dt k a ,b ,c
关键词:LCL 型滤波器 控制策略 并网逆变器 1 引言
逆变器控制策略概述

从控制理论的角度来说,闭环系统性能与闭环极点密切相关。在状态空间的分析中,除了利用输出反馈以外,主要利用状态反馈来配置极点,它能提供更多的校正信息,从而得到最优的控制规律,抑制或消除扰动的影响。状态反馈控制的最大优点是可以大大改善系统的动态品质,因为它可以任意配置闭环系统的极点,但是建立逆变器状态模型时很难将负载特性完全考虑在内。
另一种方法是通过提高开关频率来减小滤波电感,从而降低逆变器输出阻抗。这种方法对于小功率产品十分合适,但是对于中、大功率,由于受到器件限制,开关频率不可能很高,滤波电感减小的余地不大。
第三种方法就是通过采用合理的控制方法,减小输出阻抗。通过研究发现,引入输出电压瞬时值反馈控制可以明显地增强电源系统抵御非线性负载扰动的能力,减小电压输出波形畸变。这是因为采用电压瞬时值反馈控制技术后,逆变器的闭环输出阻抗大大
5.滑模变结构控制
滑模变结构控制是一种非线性控制方法,它是利用某种不连续的开关控制策略来强迫系统的状态变量沿着相平面中某一预先设计好的“滑动模态”轨迹运动,以达到预期的性能。滑模变结构控制系统的最大优点是对参数变化和外部扰动不敏感,具有强鲁棒性,而且其固有的开关特性吸引了众多学者将它应用于逆变器的控制之中。但是滑模变结构控制在应用上存在一些问题。首先是逆变器系统的理想滑模切换面很难选取;其次,
的速度受到现有硬件技术条件的限制,还有待进一步提高。
7.重复控制
重复控制是一种基于内模原理的逆变器控制方案。它利用扰动的“重复性”这一规律,“记忆”扰动发生的位置,根据相应的控制规律,有针对性的修正输出波形。在理论上,可以在稳态条件下实现对给定信号的完美跟踪。但是对于逆变系统而言,除了稳态性能以外,动态性能也是一项重要指标。由于重复控制器结构上存在周期延时环节,动态性能不如其它方法的控制器,为了得到满意的动、静态性能,往往将重复控制与其
多电平逆变器主要控制策略综述

多电平逆变器主要控制策略综述(本站提供应用行业:阅读次数:1082)【字体:大中小】1引言多电平逆变器具有谐波小、共模电压小、电压变化率小、电磁干扰小、开关频率低、系统效率高、适合中高压大容量变频器应用等特点,近十年得到广泛的研究[1]。
研究主要集中在拓扑结构、控制策略两方面。
图1是多电平逆变器的主要研究内容。
图1 多电平逆变器主要研究内容由于多电平逆变器拓扑结构的多样性,且涉及到直流电压的均衡、开关频率的合理分配、冗余状态的利用等特殊要求,使得对多电平逆变器的控制具有一定的挑战性。
2 载波调制方法(Carrier-based Modulation)载波调制是最常用的多电平控制方法之一,其特点是通过载波和调制波(或参考波)间的比较而获得器件的开关状态。
载波调制按其采样方法可分为:自然采样和规则采样,自然采样一般用于模拟电路实现,规则采样用于数字实现。
规则采样又分对称和不对称采样。
在载波调制中,对于m电平逆变器,常定义幅度调制比ma和mf分别为:频率调制比其中Ac为载波峰峰值,fc为载波频率,Am为调制波峰值,fm为调制波频率。
多电平载波调制由于载波个数的增加,而变得较复杂,但也给控制提供了更多的自由度。
2.1 子谐波脉宽调制 SHPWM(SubHarmonic PWM)由Carrara[2]提出的SHPWM 的基本原理是:对m 电平逆变器,将 m-1个具有相同频率fc 和峰峰值Ac 的三角 载波集连续分布。
频率为fm 、幅值为Am 的正弦调制波置于载波集的中间。
将调制波与各载波信号进行比较,得到逆变器的开关状态。
在载波间的相位关系方面, Carrara 考虑了三种典型配置方案:(1) PD —所有载波具有相同相位; (2) POD —正、负载波间相位相反; (3) APOD —相邻载波间相位相反。
图2是SHPWM 采用PD 配置的波形图。
SHPWM 的最大线性幅度调制比 ma 为1。
对SHPWM 的研究有如下 一些重要结论[3]:对于三相系统,频率比 mf 应为取3的倍数; 单相逆变器,APOD 配置电压谐波最小; 三相逆变器,PD 配置线电压谐波最小。
微电网逆变器的控制方法综述

微电网逆变器的控制方法综述摘要:近年来微电网发展迅速,微电源大多是通过电力电子变换器接入微电网,而其中最为核心的器件就是逆变器,微电网逆变器的控制方法对于整个微电网系统的稳定运行具有重要的意义,本文是对微电网逆变器控制方法的综述,方便更加快捷的了解学术前沿。
关键词:微电网;逆变器;控制引言:微电网的迅速发展,需要多个逆变器并联以扩大容量来满足负荷的需求,而多个逆变器之间会产生较大的环流,危害功率器件。
本文先从微电网单逆变器出发,引入微电网多逆变器的控制策略,分析综述各个控制策略的优缺点。
1研究的背景与意义由于大电网规模庞大,灵活性较差,2018年巴西3.21大停电事故进一步揭露了大电网的弊端,这更加坚定了分布式电源特别是微电网的建设,以此来应对复杂多变的自然灾害和意外事故,保障电网的安全稳定运行[1]。
微电网是分布式电源和储能装置的结合体,其运行方式灵活多变,可以充分利用清洁自然能源并发挥其地理优势,对于城市小区或者偏远的郊区都能及时连续地供给电力,满足负荷需求[2]。
微电网中的微电源主要是由电力电子变换器进行转换接入,而这其中较为重要的器件之一就是逆变器,其大多采用小功率逆变器并联的形式,这样不仅可以增大系统的容量,而且还便于维修更换,有利于系统长期稳定运行。
而逆变器模块除了需要较好的稳定性,还需要优越的动态性能,这些都需要先进的控制策略来保证[3]。
2微电网单逆变器的下垂控制当今微电网逆变器并联控制连接形式主要分为有互联线以及无互连线,其中有互连线的连接方式研究的较多但易受到通讯线路的干扰,文献[4]提出了电压内环功率外环的改进控制策略,但是该方法不能实现热插拔。
而微电网的优势之一就是能满足用户即插即用的需求,因此,无互连线的控制成为了研究的大趋势[5-6]。
在国内,天津大学和合肥工业大学等科研院所对无互连线的控制技术进行了深入地研究。
其中天津大学的王成山教授在文献[5]中为了利用P-f/Q-U的控制策略,分析控制性能并选取了合适的参数使得逆变器的等效输出阻抗表现为感性的性质。
一种改进的400Hz逆变器重复控制策略

较快 , 且简单 实用 的特 点。
关 键词 : 变器 ;有源 阻尼 :重复控 制 逆 中图分类号 :M4 4 T 6 文献标识码 : A 文章 编号 :0 0 10 2 1 )7 0 1— 2 10 — 0 X(0 2 0 — 0 2 0
An I p o d Re ttv nt o r t g o 0 Hz I v r e m r ve pe ii e Co r lSt a e y f r 40 n e t r Ba e o tv m pi g s d n Ac i e Da n
B sd o cie d mpn ti me o a ste ocl t n n te O tu C ftro n etr u d ru la rl h ae n at a ig,hs v t d d mp h si ai so h Hp tL l fiv re n e no d o i t h o i e g
虚 拟 出 并 联 于 电容 上 的 电 阻 . 现 增 大 系 统 阻 尼 实
的 目 的 , 良受 控 对 象 。 而 简 化 重 复 控 制 补 偿 改 从 器 设 计 , 即仅 需 一 个 带 宽 足 够 大 的 二 阶 滤 波 器 ,
而 无 需 传 统 的 陷波 滤 波 器 或 设 计 过 程 复 杂 的 FR I
一
种 改 进 的 4 0 H 逆 变 器 重 复 控 制 策 略 0 z
可 采 用 有源 阻 尼 控 制 算 法 虚 拟 滤 波 电容 并联 电阻 R [, 体 实 现 即 在 重 复 控 制 外 环 基 础 上 引 ]具 4 入 电容 电压 的微 分 反 馈 , 由图 2可 见 , 种 算 法 亦 这 能如 无 源 阻尼 方 法 一 样 。 强系 统 阻尼 。 制 逆 变 增 抑
混合级联式中频逆变器控制策略

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VoI . 46 NO.1 Fe b .2 01 4
J o u r n a l o f Na n j i n g Un i v e r s i t y o f Ae r o n a u t i c s& As t r o n a u t i c s
c a s c a d e d m ul t i l e v e l i nv e r t e r s c he me i s p r o p os e d b e c a us e of i t s a d va nt a ge i n r e d uc i ng t he we i g ht a nd t he
Co nt r o l S t r a t e g y o f Hy b r i d Ca s c a d e I n v e r t e r wi t h Me di u m Fr e q u e n c y
He K ai yi,Ch e n Yi han,Go ng Chun yi ng , D e n g Xi a ng ( J i a n g s u Ke y La b o r a t o r y o f Ne w E n e r g y Ge n e r a t i o n a n d P o we r Co n v e r s i o n , Na n j i n g Un i v e r s i t y o f Ae r o n a u t i c s& As t r o n a u t i c s ,Na n j i n g,2 1 0 0 1 6 , Ch i n a )
混合 级 联 式 中频 逆 变 器 控 制 策 略
高频脉冲交流环节逆变器的控制策略

高频脉冲交流环节逆变器控制策略摘要:为克服高频脉冲交流环节逆变器存在的电压过冲现象,本文提出和研究了单极性、双极性移相控制策略。
两类控制策略可分别使得逆变器功率器件实现ZVS或ZVZCS软开关,仿真和实验结果表明了控制策略的可行性。
1 引言高频脉冲交流环节逆变器,如图1所示。
该电路结构由高频逆变器(推挽式、半桥式、全桥式)、高频变压器、周波变换器(全波式、桥式)构成,具有电路拓扑简洁、双向功率流、两级功率变换(DC/HFAC/LFAC)、变换效率高等优点。
图1 高频脉冲交流环节逆变器电路结构但这类逆变器在采用传统的PWM技术时,周波变换器器件换流将打断高频变压器漏感中连续的电流而造成不可避免的电压过冲。
由于这个原因,这类方案都需采用一些缓冲电路或有源电压箝位电路来吸收存储在漏感中的能量。
有源电压箝位电路是以增加功率器件数和控制电路的复杂性为代价的,故不十分理想。
因此,在不增加电路拓扑复杂性的前提下,如何解决高频脉冲交流环节逆变器固有的电压过冲问题和实现周波变换器的软换流技术,是高频环节逆变技术的一个研究重点。
为此,本文提出和研究了单极性、双极性移相控制策略,可分别使得逆变器功率器件实现ZVS或ZVZCS软开关。
2 单极性移相控制原理根据高频逆变器(推挽式、半桥式、全桥式)、周波变换器(全波式、桥式)的组合不同,高频脉冲交流环节逆变器具有6种电路拓扑,其中全桥全波式、全桥桥式电路如图2所示。
图2 全桥全波式和全桥桥式逆变器电路图3单极性移相控制原理以全桥全波式高频脉冲交流环节逆变器为例,其单极性移相控制原理,如图3所示。
高频逆变器将输入电压Ui调制成双极性三态电压波uEF,周波变换器将此电压波解调为单极性SPWM波uDC,经输出滤波后得到正弦电压uo,周波变换器功率开关在uEF为零期间进行ZVS换流。
逆变器右桥臂相对左桥臂存在移相角θ,而且输出滤波器前端电压uDC为单极性SPWM波,故为单极性移相控制。
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中频逆变器控制策略综述
【摘要】文章详细研究了中频逆变器控制策略的发展现状,对中频逆变器几种主要的控制策略进行了系统的分析和综述。
【关键词】中频逆变器;控制策略研究;综述
1.引言
随着飞机性能的不断提高和用电设备装置的不断增加,对航空电源设备的要求也在提高,例如要求输出的电压精度高,正弦波畸变率低,动态响应速度快、效率高。
但由于功率器件开关频率的限制,相比于常规的工频50Hz/60Hz逆变器,使得400Hz中频逆变器的输出交流电压谐波含量更大,动态响应速度更慢。
为获得性能更为优异的中频逆变器,必须使用合理、高效的控制策略,研究中频逆变器的控制策略具有重要的实用意义。
2.中频逆变器的控制策略
在过去的二十多年里,有很多文献研究了逆变器的控制策略,目标是以获得较好的动态响应输出,同时又能够在一个输出周期内实现输出的零稳态误差。
这些控制策略大体上可以分为两类:1、对闭环控制的研究,例如单电压环控制与多环控制;2、对控制算法的研究,例如比例积分控制、重复控制、无差拍控制及滑模控制、智能控制等,本文将重点介绍其中几种常用主要控制策略。
2.1单电压环控制
①电压有效值控制
电压有效值的控制框图如图1所示。
该方法的控制思想是将输出电压vo的有效值反馈与给定信号vref进行比较,产生的误差信号ve通过控制器Gv得到幅值信号,此信号与正弦函数sinθ相乘以获得系统的调制信号,通过与三角载波信号相比较获得PWM开关驱动信号。
虽然该控制方式可以有效实现对输出电压的有效值控制,但是对于系统的瞬时负载扰动抑制效果几乎为零,输出波形畸变也较严重[1]。
②电压瞬时值控制
电压瞬时值的控制框图如图2所示。
此控制方法方法采用单个闭环控制逆变器的输出电压,与参考正弦电压比较产生误差信号,经过控制补偿器产生的调制信号与载波信号比较生成所需的开关驱动信号。
尽管该控制器的设计及实现较容易,但是它并不能够提供较好的电压
输出,尤其是当负载为非线性负载时,输出效果很差。
而且由于逆变器的电压输出是一个时变的,以至于它并不能像直流变换器中控制器的设计那样,为频率为50Hz或400Hz的逆变器输出提供无限的增益,使得输出存在稳态误差[2]。
2.2多环控制
在抗负载扰动上,单闭环控制的缺点与直流电机的转速单闭环控制很类似,主要表现在:负载对系统扰动的影响只有在输出端反映出来以后,闭环控制环路中的控制器才开始动作,系统响应速度较慢;而且由于逆变桥的输出通常接二阶滤波器进行滤波,系统阻尼系数小,容易造成振荡而使系统不稳定[3]。
考虑到两者的情况很类似,将直流电机中转速电流双闭环的控制思想引用到逆变器的控制环路中,建立电流内环控制,利用它对扰动负载的快速及时跟踪来有效地抑制负载对系统输出的影响。
同时由于电流内环对系统特性的重构,实现控制系统的降阶,系统的稳定性得到加强,同时又简化了电压外环的控制器设计。
但是该控制方法也存在着不足:为了有效地抑制负载扰动、消除谐波等情况,必须有足够高的电流环带宽,若带宽过大,也容易使系统不稳定,因此,对控制器的设计有一定的难度。
2.3比例积分控制
比例积分控制,也称PI(Proportional Integral),其原理框图如图3所示,控制器由比例环节和积分环节构成,由反馈信号c(t)与参考信号r(t)产生的误差信号e(t),经过控制器,实现被控对象的有效控制。
在模拟控制系统中,PI控制算法用时域的形式可表达如下:
(1-1)
其中,u(t)表示控制器的输出信号;Kp表示控制器的比例系数;Ti表示控制器的积分时间。
当采用频域的形式表达时,即进行拉普拉斯变换,式(1-1)可表示如下:
(1-2)
其中,Ki=Kp/Ti表示PI调节器的积分常数。
PI控制器中的比例环节,它的输出量以相应的比例复现输入量,没有延迟,蕴含着控制中的现在信息,而积分环节由于输出滞后于输入,存在时间上的延迟,代表着过去的积累信息,两个环节通常共同使用,若设计合理,可使动态控制过程快速、准确、平稳,达到良好的控制效果。
PI控制的主要优点在于结构简单、参数容易整定、鲁棒性强以及易于实现,是目前应用最为广泛、最为成熟的一种控制技术,在工程实践中得到普遍应用。
在现有的数字逆变控制电路中,由于开关频率有限,于是需要足够高的处理速度,
通常要求控制算法不能过于复杂,而简单PI控制算法正好可以满足此要求,它可以在短时间内实现控制算法,同时又可以根据具体的控制对象选择合理的控制参数,以改善逆变器输出的性能[4,5]。
2.4 比例谐振P+R控制
比例谐振P+R调节器的表达式为:
(1-3)
其中,参数ω0即为对应的谐振频率。
PI控制对于直流信号可以实现系统的零稳态误差跟踪,但是对于交流信号,由于系统的环路增益有限,不能实现零稳态误差跟踪,这是PI控制交流信号的局限性。
针对这种局限性,有一种改进控制策略,这种控制就是静止坐标轴系P+R (比例谐振)控制[6],是一种和同步坐标轴系PI控制等效的静止坐标轴系P+R 控制。
这种控制策略通过在指定的谐振频率处引入一个无穷大的增益来消除该频率处的稳态误差,由此可以实现正弦信号零稳态误差跟踪能力。
3.结论
本文详细分析了几种广泛使用的中频逆变器控制策略,并给出了各自控制策略的优缺点。
针对应用场合的不同,应该合理的选择相应的控制策略。
此外,还可以通过优化控制参数来优化逆变器的工作性能。
参考文献:
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[2]Arman Roshan.A dq rotating frame controller for single phase full-bridge inverters used in small distributed generation systems[D].The Virginia Polytechnic Institute and State University,2006.
[3]Chen J,Chu bination voltage-controlled and current-controlled PWM inverters for UPS parallel operation [J].IEEE Transactions on Power Electronics,1995,10(5):547-558.
[4]谢孟.单相400Hz中频电压源逆变器的输出控制及其并联运行控制[D].中国科学院研究生院,2006.
[5]胡兴柳.400Hz逆变器的数字控制技术研究[D].南京航空航天大学,2004.
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inverters with zero steady-state error[J].IEEE Trans.Power Electron.,2003,18(3):814-822.。