基于电压电流双环解耦电压型逆变器控制的研究

逆变器电压电流双环控制设计及研究

ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６— ４７２９．２０１５．０２．００６
逆变器电压电流双环控制设计及研究
孙静，曹炜，苏虎，杨道培
２０００９０）
（上海电力学院电气工程学院，上海
ＤｅｓｉｇｎａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＶｏｌｔａｇｅａｎｄＣｕｒｒｅｎｔ
Ｄｕａｌ－ｌｏｏｐＣｏｎｔｒｏｌｆｏｒＩｎｖｅｒｔｅｒｓ
ＳＵＮＪｉｎｇ，ＣＡＯＷｅｉ，ＳＵＨｕ，ＹＡＮＧＤａｏｐｅｉ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅＰＩｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｉｓｕｓｅｄｉｎｂｏｔｈｉｎｎｅｒｃｕｒｒｅｎｔｌｏｏｐａｎｄｏｕｔｅｒｖｏｌｔａｇｅｌｏｏｐｉｎｔｈｅ
第３１卷第２期
２０１５年４月
上
ｏ．２Ａｐｒ．２０１５
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈａｎｇｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒ
ｂｏｔｈｂｏｄｅｄｉａｇｒａｍａｎｄｓｔｅｐｒｅｓｐｏｎｓｅ．Ｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｏｆｐｒｅｖｉｏｕｓｌｙｄｅｓｉｇｎｅｄｄｕａｌ — ｌｏｏｐｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ

基于SPWM控制的电压_电流双环逆变器建模及其仿真_图文(精)

第4卷中国舰船研究第4卷第5期2009年10月中国舰船研究Chinese Journal of Ship Research Vol .4No.5Oct.2009收稿日期:2008-09-03作者简介:朱承邦(1963-,男,高级工程师。

研究方向:雷达应用1引言现代科技发展日新月异,各类电气设备对电源的品质要求也越来越高。

逆变供电作为一种有效的电力供应形式,已广泛应用于生产生活的各个领域。

为了不断改善逆变器输出性能,人们发展出了多种逆变器控制方法,常见的有:电压瞬时值控制、电流滞环控制、电流预测控制、鲁棒控制[1]、重复控制[2,3]、滑模控制[4]及SPWM 电流控制等。

就各种逆变器控制策略的特点来看,基于SPWM 的电压电流双环逆变器控制是一种较好的控制方法[5,6]。

本文针对电压电流双环逆变器控制模型,设计了电流内环和电压外环的控制参数,对设计的双环控制逆变器模型进行了仿真分析,分析结果基于SPWM 控制的电压、电流双环逆变器建模及其仿真朱承邦1李乐2王晓鹏21大连船舶重工集团有限公司军事代表室,辽宁大连1160052中国舰船研究设计中心,湖北武汉430064摘要:基于SPWM 的电压电流双环逆变器控制相对其他逆变器控制策略具有一定优越性,但其控制器参数设计却是一个重点和难点。

针对逆变器的SPWM 电压电流双环控制策略,建立了系统的控制模型,设计了电流内环和电压外环的控制器参数,并根据经典控制理论的判据,分别对控制器电流内环和电压外环参数进行了理论验证。

最后根据设计的控制器参数,对SPWM 电压电流双环控制系统模型进行了仿真分析,结果表明,系统设计合理,效果满意。

关键词:SPWM ;逆变器;电压电流双环;仿真中图分类号:TM743文献标志码:A文章编号:1673-3185(200905-54-05Modeling and Si mulation of Voltage and Current Double Loop Control Based on SPWM InvertersZhu Cheng-bang 1Li Le 2Wang Xiao -p eng 21The Naval Representative Office ,Dalian Shipbuilding Heavy Industry Co.,Dalian 116005,China2China Ship Development and Design Cent er ,Wuhan 430064,ChinaAbstract :Comparing with other inverters control strategy ,voltage and current double loop control based on SPWM inverters are superior in capabilities though the controller parameters design is significant and difficult.In this paper ,the system controlmodel has been constructed in term s of inverters of SPWM voltage and current double loop control strategy ,and the current inner loop and voltage outer loop controller parameters design has been proposed with theoretical validation of classic control theory criterion.T he SPWM voltage and current double loop control system model simulation provided with designed controller parameters show s that the system design is reasonable and the effect is satisfying.Key words :SPWM ;inverter ;voltage and current double loop ;simulation第5期证明了系统参数设计的合理性。

基于解耦双同步电流控制器的光伏逆变器研究

Ｗｈｅｎｕｎｂｌａａｎｃｅｄｃｕｒｒｅｎｔｉｓｉｎｊｅｃｔｅｄｉｎｔｏｈｅｔｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ பைடு நூலகம் ｏｎｔｒｏｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｈａｓｆａｓｔｄｙｎａｍｉｃｐｅｆｒｏｍａｒｎｃｅ，ｎｄａｃａｎ
（国电南京自动化股份有限公司，江苏南京２１００００）
摘要：基于陷波器的双同步坐标系技术广泛应用于不对称电压系统，为获得更好的同步性能，有学者提出一种基于输入电压向量正、负序分量解耦的高性能同步技术。将这种解耦双同步坐标技术引入电流控制器，使用
ｓｙｓｔｅｍ．Ｓｏｍｅｓｃｈｏｌａｒｓｐｏｐｒｏｓｅａｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｙｎｃｈｏｎｒｉｚａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｙｇｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｉｎｐｕｔｖｏｌｔａｇｅｖｅｃｔｏｒｐｏｓｉ－ｔｉｖｅａｎｄｎｅｇａｔｉｖｅｓｅｑｕｅｎｃｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇｔｏｇｅｔｂｅｔｔｅｒｓｙｎｃｈｏｎｒｉｚａｔｉｏｎｐｅｆｒｏｍａｒｎｃｅ．Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｉｎｔｏｄｒｕｃｅｓｈｉｔｓｄｅｃｏｕｐｌｅｄｄｏｕｂｌｅｌｓｙｎｃｈｏｎｒｏｕｓｔｅｃｈｎｏｌｏｙｇｉｎｔｏｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ａｎｄＵＳｅＳｔｈｅｐｏｓｉｔｉｖｅａｎｄｎｅｇａｉｔｖｅｓｅｑｕｅｎｃｅｇｉｖｅｎｅｒｒｏｒｓｉｇｎａｌａｓｆｅｅｄｆｏｒｗａｒｄｓｉｇｎｌａｔｏｏｆｓｅｔｈｅｔｍｅａｓｕｒｅｄｃｕｒｅｎｔ２ ∞ ｏｓｃｉｌａｔｉｏｎｓｏｆｒｅｆｅｒｅｎｃｅｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｙｓｔｅｍ．

逆变电源双环控制技术的研究与设计

逆变电源双环控制技术的研究与设计【摘要】通过对逆变电源的数学模型分析，以电感电流和电容电压为反馈量进行闭环控制。

双环控制方案的电流内环扩大逆变器控制系统的带宽，使得逆变电源动态响应加快，输出电压的谐波含量减小，非线性负载适应能力加强。

最后，通过仿真和实验结果，表明所设计的双环控制策略具有电流跟踪快速，电压稳定稳定的特点。

1 引言交流移动设备使用量越来越多，如何将直流电源变为稳定的电能提供给设备已成为研究热点。

近年来4G技术的快速发展，移动应急通信基站需要大量的逆变电源。

在研项目正在建设一个移动电源研究平台，将直流电通过一台逆变电源转变成设备所需的交流电源，该逆变器是系统的一个关键部件。

在此为移动逆变电源研究平台设计了以电感电流和电容电压为反馈变量双闭环的控制策略，通过该逆变电源，为移动交流用电设备提供稳定可靠的电能。

2 逆变电源的工作模式逆变电源工作在如图1所示的四象限模式下，实现能量从交流侧移动设备和储能电池的双向流动。

一、三象限逆变电源向移动负载设备输出电能，二、四象限逆变电源从移动设备回收能量。

3 逆变电源的模型电流内环控制结构框图如图3，经过电流霍尔采集逆变电源输出电流与设定电流值做差运算，通过调节，产生给定信号。

设定电压前馈叠加电容电压，在输出滤波电感上得到电流控制信号。

可得电流环传递函数图4 电压外环控制结构框图电压外环控制结构框图如图4，经过电压霍尔采集输出电压信号与设定值做差运算，通过调节，产生给定信号。

电感电流信号前馈得到电流的误差信号，乘上电流霍尔系数1/ ，叠加电感电流，在输出电容上形成输出电压信号。

可得电压环传递函数5 仿真与实验逆变电源的参数如下，直流侧电源电压Vd = 200V，开关频率10KHz，三角载波峰值5V，电流霍尔0.2V/A，电压霍尔100：1，滤波电感1mH，滤波电容30uF，负载20Ω。

仿真波形如下图5在0.0875秒，设置负载突变为10Ω。

输出电压的动态响应过程为2m秒，动态响应速度快，波形质量无明显变化。

逆变器双环控制算法仿真研究

逆变器双环控制算法仿真研究王川川，朱长青，顾闯（军械工程学院河北石家庄050003）摘要：经典PID 控制算法在逆变器中获得广泛应用，但控制效果和精度有待改进和提高，针对此问题，研究了双环控制算法在逆变器控制中的应用，给出了双环控制逆变器的结构，设计了电压环和电流环的控制参数。

在MATLAB/Simulink 软件中构建了双环控制逆变器的仿真模型，通过仿真，验证了控制参数选择的可行性，证明逆变器在采用双环控制算法时具有好的输出性能。

关键词：逆变器；双环控制；MATLAB/Simulink ；仿真中图分类号：TM464文献标识码：A文章编号：1674－6236（2011）04-0078-04Research on inverter ’s double loop control algorithm by simulationWANG Chuan -chuan ，ZHU Chang -qing ，GU Chuang（Ordnance Engineering College,Shijiazhuang 050003，China ）Abstract:The classical PID control algorithm is extensively used in inverter ，but its control precision should be improved ，Being aimed at this problem ，double loop control algorithm in inverter's control is researched in this paper.The composition of inverter using double loop control algorithm is given ，and the parameters'of voltage and current are designed.Simulation model of inverter by using double loop control algorithm is constructed .By the way of simulation ，the choose of control parameters are tested and verified ，and it's proved that the inverter has good output performances when double loop control algorithm is used.Key words:inverter ；double loop control ；MATLAB/Simulink ；simulation收稿日期：2010-09-30稿件编号：201009115作者简介：王川川（1985—），男，河南濮阳人，博士研究生。

基于双环控制的PWM 逆变器的研究

图 2 带负载前馈的电感电流内环电压外环控制系统方框图
( ) ) 根据图 ( ) 可推导出电感电流内环的开环和闭环 ! 传递函数 :
3 控制系统极点配置与性能分析
假设电压、电流调节器分别为 :
k $ i )= k G s v( $ p+ s k ! i )= k G s i( ! p+ s 经计算得知整个系统的闭环特征方程为 :
$ ( ) & u $ L C S! +r C S +$ 由于这里的等效电阻 r 很小 , 则逆变器可以近似
压外环电流内环的双环控制方案是高性能逆变电源的
!] 发展方向之一 [ , 双环控制方案的电流内环扩大逆变
u " =
器控制系统的带宽 , 使得逆变器动态响应加快 , 非线性负载适应能力加强 , 输出电压的谐波含量减小。
系统的控制器参数按常规方法设计 , 需考虑两个调节器之间的响应速度、频带宽度的相互影响与协调 , 控制器设计步骤复杂 , 还需要反复试凑验证 ; 采用极点配置方法大大简化了设计过程 , 同时能满足高性能指标要求 , 这种设计方法具有明显的优越性。对于这样的高阶系统 , 为了得到所需要的动态性能和稳定性能 , 我们的处理方法是 : 将其中两个极点配置为一对共轭极点, 另外两个极点配置在距虚轴很远的地方。假设四阶双环控制系统的希望闭环主导极点为
+] 电流i 所以抗输出扰动性能比较差[ 。为 "的突变 ,
$+k r C +C k k! i! ! $ p & p +C + )=s D( s s + s + L C L C

基于前馈解耦控制的电压型PWM整流器可逆运行研究

且由于电流闭环作用动态过程
,
,
,
为
,
而
。
变化很小
。
。
在直流电压发生较
,
大变化前
,
,
已完成其暂态过程达到零值因此设计时可以不考虑
,
丫
豁
轴影响
。
电流调节环是二阶系统对其降阶处理用一阶惯性环
因此得到如图
。
,‘
‘ ・一
、
。
。。
制单位
功率因数
整流运行
,
产生驱动脉冲控制
模块工作
」
‘
。
。
一
、
。
了艺
, 儿二。
珠
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电压检测
时
一
,
负载从
电流流检测
,
仑
杏
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琉下丁一
乙
。
。
宁乙 ‘ 宁乙必砧
琉
一
。
‘
整流器抽
取能量趋势
,
儿
日
曰
同步
由于三相静止坐标系到两相同步旋转
网吸收能量当整流器工作在逆变状态时电动机工作在发电状
,
,
耐侧
态整流器负责将电机在直流电容上产生的泵升能量转化为符合
,
并网条件的交流电回馈给电网以保持直流侧电压的相对恒定和

基于双环控制和重复控制的逆变器研究.

基于双环控制和重复控制的逆变器研究摘要：研究了一种基于双环控制和重复控制的逆变器控制技术，该方案在电流环和瞬时电压环之外附加了一个重复控制环。

在实现输出电压解耦和扰动电流补偿后，根据无差拍原理设计的双环控制器使逆变器达到了很快的动态响应速度；位于外层的重复控制器则提高了稳态精度。

该方案在一台基于DSPTMS320F240控制系统的PWM逆变器上得到验证。

关键词：逆变器；双环；无差拍；重复控制引言随着闭环调节PWM逆变器在中小功率场合中的大量使用，对其输出电压波形的要求也越来越高。

高质量的输出波形不仅要求稳态精度高而且要求动态响应快。

传统的单闭环系统无法充分利用系统的状态信息，因此，将输出反馈改为状态反馈，在状态空间上通过合理选择反馈增益矩阵来改变逆变器一对太接近s域虚轴的极点，增加其阻尼，能达到较好的动态效果。

单闭环在抵抗负载扰动方面与直流电机类似，只有当负载扰动的影响最终在输出端表现出来以后，才能出现相应的误差信号激励调节器，增设一个电流环限制启动电流和构成电流随动系统也可以大大加快抵御扰动的动态过程。

瞬时值反馈采取提高系统动态响应的方法消除跟踪误差，但静态特性不佳，而基于周期的控制是通过对误差的周期性补偿，实现稳态无静差的效果，它主要分为重复控制和谐波反馈控制。

本文提出了一种基于双环控制和重复控制的逆变器控制方案，兼顾逆变器动静态效应，另外使用状态观测器提高数字控制系统性能。

1 逆变器数学模型单相半桥逆变器如图1所示，L是输出滤波电感，C是输出滤波电容，负载任意，r是输出电感等效电阻和死区等各种阻尼因素的综和。

U是逆变桥输出的PWM电压。

选择电感电流iL和电容电压vc作为状态变量，id看作扰动输入，得到半桥逆变器的连续状态平均空间模型为根据式(1)，很容易得到逆变器在频域下的方框图，如图2所示。

PWM逆变器的动态模型和直流电机相似，转速伺服系统的设计方法在这里也适用。

本文借鉴直流电机双环控制技术，并改造成为多环控制系统，在逆变器波形控制上取得了很好的效果。