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单相逆变器重复控制和双环控制技术研究单相逆变器是一种将直流电能转换为交流电能的设备，广泛应用于太阳能光伏发电系统、无线电通信系统等领域。
在单相逆变器的控制技术中，重复控制和双环控制是两种常用的控制策略。
本文将介绍这两种控制技术的原理和特点，并对其研究进行探讨。
首先，重复控制是一种周期性控制策略，通过周期性地叠加可调谐的谐波信号来消除输出电压中的各谐波分量，提高电压波形的质量。
重复控制的基本原理是通过周期重复地改变脉宽和脉冲间隔来控制输出电压的谐波分量。
在重复控制中，首先将原始交流电压信号通过一组谐波振荡器分解成几个谐波成分，然后分别调节这些谐波成分的幅值和相位，合成与原始信号相似的控制信号，通过PWM (Pulse Width Modulation) 方式控制逆变器的开关器件，获得期望电压输出波形。
相较于传统的PWM控制技术，重复控制具有以下优点：一是重复控制能够较好地抑制谐波污染，改善输出电压的波形质量；二是重复控制不需要额外的滤波器，减少了系统的成本和复杂性；三是重复控制适用于各种逆变器拓扑结构，具有广泛的应用范围。
但是，重复控制技术也存在一些问题，例如在低功率因数或部分负载情况下，可能会导致电流谐波增加、控制动态性能下降等。
另一种常用的单相逆变器控制技术是双环控制。
双环控制是基于内环控制和外环控制的思想，通过内环和外环两个控制环来分别控制逆变器的电流和电压，提高逆变器的性能和稳定性。
具体来说，内环控制主要负责控制逆变器的电流，通过调节电流环的控制参数，实现对电流的精确控制；外环控制则主要负责控制逆变器的电压，通过调节电压环的控制参数，实现对电压的精确控制。
双环控制技术通过内环和外环之间的相互作用，使得整个控制系统具有更好的鲁棒性和稳定性。
与重复控制技术相比，双环控制技术具有以下优点：一是双环控制技术能够实现更高的控制精度和稳定性；二是双环控制技术能够适应不同的工作状态，具有更好的动态响应性能；三是双环控制技术能够通过调整环节的控制参数，实现对逆变器的柔性控制。
基于准比例谐振控制单相并网逆变器的研究王飞;吴健芳;王红波【摘要】设计一种具有零稳态误差的单相并网逆变器系统.详细的讨论分析了比例积分(PI)控制器、比例谐振(PR)控制器和准比例谐振(PR)控制器.利用MATLAB/Simulink搭建单相并网逆变器仿真模型并进行仿真分析,证明了准PR控制器消除稳态误差和抗电网干扰方面的优越性.最后,搭建了一个1kW的基于准比例谐振控制的单相并网逆变器实验装置,对理论分析结果进行了验证.%A novel grid-connected inverter system with zero steady-state error is developed in this paper.The control principles of PI control,PR control and quasi-PR control were well specified in this paper.The simulative model of the grid-connected inverter system is built,simulated and analyzed inMATLAB/SIMULINK.By using quasi-PR controller,the single phase gird connected inverter achieves both zero-steady-state error and the good disturbance rejection capability.Finally,it built a 1kW grid-connected inverter system based on quasi-PR control and the theoretical analysis has been verified by experiments.【期刊名称】《电气开关》【年(卷),期】2017(055)003【总页数】4页(P55-58)【关键词】单相逆变器;零稳态误差;准比例谐振控制【作者】王飞;吴健芳;王红波【作者单位】广西大学电气工程学院,广西南宁 530004;广西大学电气工程学院,广西南宁 530004;广西大学电气工程学院,广西南宁 530004【正文语种】中文【中图分类】TM464对于并网逆变器电流控制目前常用的有PI控制、PR控制、滞环控制等控制方案[1]。
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。
基于准 PR控制和双闭环反馈的单相逆变器控制策略的优化摘要：本文研究了当下微电网在国内外的发展和应用，并讨论了微电网在一些方面的优势。
建立了基于单相逆变器的微电网系统，讨论了孤岛模式下的单相逆变器拓扑结构，采用双闭环反馈控制，根据幅频特性比较了PI，PR和准PR控制在动态性能和稳态误差方面的优劣，最终选用准PR控制对控制策略的优化，实现无静差追踪并增强抗干扰能力，还实现了对并网谐波的优化。
关键词准PR，双闭环控制，H桥逆变器一、引言1.1微电网发展和研究意义随着火电、水电、核电等大型集中电源和超高压远距离输电网的规模不断扩大，电力系统的弊端日益显著，并且在经济发展之余，人们越来越强调清洁高效的可再生能源的开发，于是分布式发电不断发展，为了尽可能地解决大电网和分布式电源之间的冲突，在充分利用分布式电源的情况下减少其对大电网的冲击，学者们提出了微电网的概念。
微电网将发电机、负荷、储能装置和控制装置结合在一起，形成了一个独立的可控的单元。
微电网虽然也是分散供电形式, 但它绝不是对电力系统发展初期的孤立系统的简单回归。
1.2单相光伏微电网控制技术发展理论上，逆变器输出电压中的谐波分量集中在开关频率及其倍数频率为中心的周围，当此谐波被滤波器滤除后，输出电压应为失真度很小的正弦波。
但由于死区效应、非线性负载等因素的影响，会使输出电压波形产生严重的畸变，逆变器输出的电压或电流谐波不仅会造成功率因素降低，影响效率，而且还会引起逆变器自身及其他设备的失调。
这些都需要适当的控制技术来改善逆变电源的性能。
本文提出一种改进策略，该策略电流内环采用电感电流瞬时反馈和负载扰动前馈相结合的PI控制、电压外环采用准PR控制，既有抗输出扰动能力也能减少并网谐波，还能实现零稳态误差。
二、单相逆变器双闭环策略2.1逆变器的双闭环控制策略我们首先考虑电流内环的反馈控制量，一般的电流内环反馈控制量如上所述，分为电感电流或者电容电流，利用电容电流作为控制量虽然可以利用其超前控制作用，实现提前校正，相对于电感电流控制有更好的对于扰动的抑制作用，但却无法对经过逆变器的电流进行保护，当然，电感电流为控制量的内环控制也可在一定侧面提高动态性能。
针对基于双环控制和重复控制的逆变器设计研究
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。
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。
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。
基于PR调节器的双闭环控制单相逆变器作者：周锦荣骆婉红周慰君吴朝荣来源：《现代电子技术》2019年第04期关键词： PR调节器; 逆变器; 双闭环控制; 稳态跟踪; 谐波抑制; PI调节器中图分类号： TN820.4⁃34; TM74 ; ; ; ; ; ; ; ;文献标识码： A ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;文章编号：1004⁃373X（2019）04⁃0125⁃04Double closed⁃loop controlled single phase inverter based on PR regulatorZHOU Jinrong1，2， LUO Wanhong1， ZHOU Weijun2， WU Chaorong2（1. College of Physics and Information Engineering， Minnan Normal University，Zhangzhou 363000， China;2. Fujian Lilliput Optoelectronics Technology Co.， Ltd.， Zhangzhou 363000， China）Abstract： The PR regulator is used as a controller in the single⁃phase inverter system based on double closed⁃loop control to realize the output waveform tracking without static error. The SPWM single⁃phase inverter system based on the double closed⁃loop PR control strategy is modeled and simulated by means of the Matlab software to analyze the disturbance and harmonic suppression situations of output waveforms at different proportion coefficients and integral coefficients. The experimental results show that the PR regulator controlled by the double closed⁃loop has a good tracking effect and perfect regulation characteristic， can reduce the harmonic components of the output sine waves， inhibit the waveform disturbance， and improve the stability of the system and the quality of inverter output′s sine wave.Keywords： PR regulator; inverter; double closed⁃loop control; steady⁃state tracking; harmonic inhibition; PI regulator良好的逆变器在任何负载和瞬态条件下，都能保证标准的额定正弦输出，有效地消除输出电压的谐波成分[1]。
基于双环控制的单相电压型PW M逆变器建模与仿真杨会敏宋建成(太原理工大学电气与动力工程学院，太原030024)摘要本文研究了基于双环控制的单相电压型P w M逆变器在M at l ab／s i m ul i nk下的建模与仿真。
基于状态空间平均法建立了单相电压型Pw M逆变器的数学模型，提出了电压电流双环控制策略，构建了10kV A单相电压型Pw M逆变器的s i m ul i nk模型，并进行了特性仿真。
仿真结果表明，在不同运行条件下，基于该控制策略的逆变器动态响应快，鲁棒性强，输出电压总谐波畸变率低。
关键词：Pw M逆变器；建模与仿真；状态空间平均法；双环控制M odel i ng and Si m ul at i on of a Si ngl e-pha se V bl t age PW M I nV er t e rB as ed on D ual-L oopC ont r olY a扎g H H打ni n Song j{Q ncheng(C ol l eg e of E l e ct r i c al a nd D ynam i cal Engi ne er i ng，T a i yuan U ni V e rsi t y of Technol ogy，Tai”an030024)A bs t r act M odel i ng and s i m ul a t i on on M at l ab，S i m ul i nk of a si ngl e—phas e V ol t a ge P W M i nV er t e r based on dua l-l oop cO nt rol i s s t udi ed i n t hi s paper．The m at h m od el of a s i ngl e-pha se V ol t a ge PW M i nver t e r is set up based on st a t e—sp ace aV erage m et h od．V bl t age c ur r e nt dua l-l oop cont rol st r at e gy i s pr opos ed．10kV A si ngl e—phas e V ol t a gePW M i nV e r t e r is m odel e d and t he s i m ul a t i on of per f6r m ances i s ca rr i e d out．The s i m ul a t i on r esu l t s ve ri f y t h at i n di f f er e nt ope r at i on m ode s t he i nV e r t e r w i t h t hi s cont rol st r at egy has pe rf ec t com pr eh ens i V e pe向rm ance s s u ch as r api d dyna m i c r es ponse c ha ra ct er’st rong r obust ness and l ow t ot al har m oni c di st or t i on(T H D)of t he out put vol t age。
基于准PR双环控制的单相逆变器的设计与研究
发表时间：2019-05-13T16:06:17.847Z 来源：《知识-力量》2019年8月26期作者：王思正
[导读] 本文对单相全桥SPWM逆变器进行了系统的建模与分析，结合运动控制系统的设计思路，引入了电压外环PR控制、电流内环PI控制的双闭环的控制策略，利用极点配置法设计出了所引入的控制器的参数。
在MATLAB中对整个系统进行simulink仿真。
（中南大学，湖南长沙 410000）
摘要：本文对单相全桥SPWM逆变器进行了系统的建模与分析，结合运动控制系统的设计思路，引入了电压外环PR控制、电流内环PI控制的双闭环的控制策略，利用极点配置法设计出了所引入的控制器的参数。
在MATLAB中对整个系统进行simulink仿真。
仿真结果证明，基于准PR双环控制的单相逆变器，即使在有负载扰动的情况下，也能够在稳定的基础上具有良好的动态性能与稳态精度。
关键词：电力电子技术；逆变器；PR控制；极点配置；双闭环
引言
随着数字电路控制技术的不断发展，其开关频率可以设置的很大，使得SPWM逆变器的输出电压的谐波分量高频化，进而我们可以使用体积很小的滤波器就可以获得失真度很小的正弦波。
但受到死区效应、A/D转换和非线性负载等因素的影响，会使得逆变系统的输出电压发生畸变。
事实上，无论是电网，还是在我们的生活中，大部分的负载都是非线性负载，所以我们必须引入适当的控制器，来减弱或者消除这种影响。
针对传统电压电流双闭环控制方案存在的问题，结合所学知识，考虑到自动控制理论的基本原理——内模原理，本文外环采用准PR控制，提高系统的稳态精度，内环采用经典的PI控制，用以改善系统的动态性能。
1逆变器的数学模型分析
单相全桥逆变器在中大功率场合得到广泛应用因此本文主要对单相全桥逆变器进行研究。
常见的单相全桥逆变器的拓扑，主要有直流侧、逆变桥及输出L-C滤波器组成。
1.1逆变桥的建模
1.2 LC滤波结构建模
为便于对逆变器的结构进行分析仅考虑负载端LC滤波低通部分，由滤波器的结构可以得到如下动态空间表达式：。
对于逆变器的LC滤波部分，将输出电压Uin作为输入量，将电容两端的电压Uo作为输出量,电感电流iL作为电流内反馈信号，输出电压Uo作为电压外反馈信号，建立单相逆变器输出滤波部分的电路等效框图如图1所示：
图1：单相逆变器LC滤波结构框图
2逆变器的双闭环控制
2.1逆变器的双闭环控制分析
LC滤波系统的闭环传函：。
可知，r很小，系统的阻尼比很小，极易产生震荡，因此必须采用闭环控制提高系统的阻尼比，改善系统的的性能。
通常采用双闭环控制，双闭环控制能够在保持系统稳定的基础上极大地改善系统的动态性能和稳态精度。
传统的双闭环控制，内环调节器采用比例控制，外环调节器采用PI控制，这样虽然也能起到改善系统性能的目的，但PI控制并不能无差的跟踪正弦信号，因此本文电压外环采用准PR（比例谐振）控制，它可以无差的跟踪正弦信号，进一步提升系统的稳态精度。
内环采用
PI控制，在改善系统的动态性能的同时，也可以提高系统的稳态性能。
准PR控制在其设定的频率及其附近的增益很大。
其传递函数如式八所示：；内环PI调节器的传递函数如式九所示：。
2.2 控制器参数选取
双环控制系统的控制参数的选取需要考虑两个控制器响应速度、带宽的相互影响，如果利用反复试凑法，因为内外环控制器共含有四个参数，其工作量太大。
综合考虑下，我们采用极点配置法，有效地配置极点，使其具有满意的动态性能和稳态精度。
在讨论准PR控制器时，由式八可得，其结构过于复杂，不利于参数的求取。
但由准PR控制器与PI控制器的伯德图可知，在Kp和Kr参数相同的条件下，两者在中高频段的伯德图重合。
对于本文而言，我们需要考虑的是300Hz及其以上的正弦波，因此设计的准PR参数，完全可以用PI 的参数替代。
将图5的结构框图进行结构图的化简，并另闭环传函的分母等于0可得，闭环系统的特征方程式为式十：LCs4+(Kp1Kpwm+r)s3+ (CKiKpwm+Kp1Kp2Kpwm+1)s2+(KiKp2+Kp1Kr)s+KrKiKpwm=0。
将滤波参数L=600μH; C=5μF ；r=0.1Ω；Kpwm=200代入上式，并对其极
点进行配置。
令s1、2=-ξω±jω ; s3、4=-nξω;则期望的闭环特征方程式为式十一；取ξ=0.707；自然振荡频率ω=4500rad/s;n=10;对比式十与式十一并进行参数优化后：Kp1=10；Ki=2500;Kp2=0.2;Kr=250。
3 Simulink仿真及性能检验
将Kp1=10；Ki=2500;Kp2=0.2;Kr=250代入控制器中，并在基于MATLAB软件的Simulink平台搭建仿真模型。
其中直流电压E=200V;参考电压Uref=84.9sin 600πt；滤波电感L=600μH,滤波电容C=5μF;电阻r=0.1Ω。
本文将以空载实验、纯电阻负载、非线性负载三种条件下，对整个控制系统进行性能检测与分析。
对三种不同运行条件下的电压电流波形以及谐波系数THD分析，可以得知，在三种不同的运行条件下，都可以得到稳定标准的输出正弦波。
在空载时，逆变器输出电流为零；当负载为纯电阻负载时，将得到与电压同相位，幅值成比例的输出电流；当负载为非线性负载时，逆变器的输出电流与电压相差一个φ角，即负载的功率因数角。
综上可得：电压外环准PR控制电流内环PI控制可以无误差的跟踪正弦信号，并且具有很强的抗扰动能力。
无论是在空载、线性负载还是非线性负载的情况下，其电压输出值都能够快速（一个周期内）稳定的跟随给定，提高了逆变系统的适应能力，使得逆变系统可以在各种复杂环境得以安全稳定的运行。
4 结束语
本文首先介绍了逆变器的作用，以及如今逆变技术存在的问题。
对常见单相SPWM逆变器进行了系统的建模与分析，并给出了一种设计LC滤波器参数的方法。
在此基础上，引入了电压外环PR控制，电流内环PI控制的双闭环的控制策略。
在控制器参数的选取中，采用了极点配置的方法，简化了计算，最终经过参数优化，得到了满意的参数配置。
在最后，经过simulink仿真，模拟不同的负载情况，经过分析，整个逆变系统具有良好的稳定性和很快的动态响应以及基本无差的稳态性能，满足了设计的要求。
参考文献
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[4]陈坚，康勇.电力电子学[M].高等教育出版社2011:94-111.
[5]杨金辉.数字化PWM逆变系统控制关键技术研究及其应用[D].[博士学位论文].湖南：湖南大学，2010.
[6]沈亚瑞，宋建成. 基于双闭环控制的单相逆变器研究[J]电气开关,2012(04):21-24.
作者简介：王思正（1998.11-），男，河南濮阳人，中南大学，专业：电气工程及其自动化。
