基于双闭环策略的并网逆变器控制方法研究(精)

格式：doc
大小：405.00 KB
文档页数：2

下载文档原格式

基于PR调节器的并网逆变器双闭环控制策略的研究

中图分类号：Ｍ４文献标识码：文章编号：２９２１（０２０ — ０９０Ｔ６Ａ０１ — ７３２１）３０１ — ４
近年来．能、阳能等可再生能源并网发电风太技术成为研究热点。并网逆变器作为可再生能源发电系统和电网的接口设备，着重要的作用。并网起逆变器采用ＬＬ滤波对高次谐波衰减效果显著，Ｃ而且在低开关频率和电感较小的情况下较单电感滤波具有明显的优势。但是，ＣＬＬ的引入提高了系统的阶数，因而对系统的控制策略提出了更高要求。
ＺＨＯＵｅＸｕ —ｍｅ，ＸＵＥＳ－ｏｇ，ＣＨＥＮ－ｈｉＵＮａｉｈｉｌｎＹｉｕ，ＳＣｈｏ，ＬＩＸｕＵｎ
（ｏｉｉＥｇｅｒｇＣｌｇ，ｈｎｈｉａｉｍｅＵｉ．Ｓａｇａ２１０）ＬｇｓｃｎｉｅｉｏｅｅＳａｇａＭｒｉｎｖ，ｈｎｈｉ０３６ｔｎｎｌｔ
国鼷锗
基于ＰＲ调节器的并网逆变器双闭环控制策略的研究
周雪梅，薛士龙，陈意惠，超，荀孙刘
（海海事大学物流工程学院，上海上
摘
２１０）０３６
Байду номын сангаас
要：对传统Ｐ控制器在跟踪并网逆变器交流信号时存在静差的问题，出了基于比例谐振针Ｉ提
Ａｂｔａｔｓｒｃ：ＢｅａｓｈｒｄｔｏａＩｃｎｒｌｒｏｒ — ｏｎｃｅｎｅｔｒｃｎｔｏｔｉｅｏｓｅｄ — ｔｔｒｒｄａ — ｏｐｃｕｅｔｅｔａｉｎｌＰｏｔｏｌｆｇｉｃｎｅｔｄｉｖｒｅａ＇ｂａｎｚｒｔａｙｓａｅｅｒ．ｕｌｌｏｉｅｄｏｃｎｒｌｓａｅｙｗｉｒｕｒｎｏｔｌｏｔｒｌｏａｅｎＰｏｔｏｌｒａｄｃｒｅｔｃｎｒｌｉｎｒｌｏａｅｎｏｔｏｔｔｇｔｇｉｃｒｅｔｃｎｒｕｅｏｐｂｓｄｏＲｃｎｒｌｎｕｎｏｔｏｎｅｏｐｂｓｄｏｒｈｄｏｅｃｐｃｔｒｃｒｅｔｉｐｏｏｅｎｔｉｐｐｒｏｍｏｅｎｎｌｓｓｔｅｓａｉｔｆｔｅｃｎｒｌｓｓｅａｌａｅｉｎｔｅａａｉｕｒｎｓｒｐｓｄｉｈｓａｅ．ｄｌａｄａａｙｉｔｂｌｙｏｏｔｙｔｍ，ｓｗｅｌｓｄｓｇｈｏＴｈｉｈｏｐｒｍｅｅｓｔｅｓｍｕａｉｎｍｏｅｓｃｎｔｃｅｏｖｒｆｈｈｏｅｉａｎｌｓｓＴｅｒｓｌｓｏｓｔａｈｓｃｎｒｌｔｔｇａａｔｒ，ｉｌｔｄｌｉｏｓｕｔｄｔｅｉｔｅｔｅｒｔｌａｙｉ．ｈｅｕｔｈｗｈｔｔｉｏｔｏｒｅｙｈｏｒｙｃａｓａｃｎｎｔｎｙｄｏｓａｉｒｃｏｔｅａｉｎ，ｕｌｏｈｓａｃｒｔｒｃｉｇａｉｔｏａｍｏｉ．ａｏｌｏｎｔｔｔａｋｔｈｃｓｇａｂｔｓａｃｕａｅｔａｋｎｂｌｙｆｒｒｎｃｏｃａｉｈＫｅｗｏｄ：ｇｄｃｎｅｔｄｉｖｒｒＰｏｔｌｒｄａ－ｏｐｃｎｒｌｎｔｔｔｃｙｒｓｒ — ｏｎｃｅｎｅｔ；Ｒｃｎｒｌ；ｕｌｌｏｏｔ；ｏｓａｉｒｋｉｅｏｅｏｃａ

双闭环控制电压源逆变器并联系统环流特性研究

输出滤波电感
1.84mH 输出滤波电容
40µF
电压调节器比例系数 8.226 电压调节器积分系数 8064.5
输出电压反馈系数
0.031 电流环等效放大倍数 2.419
设 Uo、UoL 分别是逆变器空载和带负载 RL 时的输出电压，根据等效输出阻抗的定义有下式成立
UoL(S)=Io(S)RL
（10）
IH
ϕ
α
U o2 I HQ
IH α
I HP
Io1Q
Io1
I o2Q
Io2P Io/2
I o1P
Io2
图 3 阻性负载存在相位差时各模块输出电压电流矢量图
Fig.3 Vector diagram of voltages and currents under
phase difference and resistive load
图 1 电压源逆变器并联系统原理图
Fig.1 Equivalent circuit of parallel
voltage source inverters 设 Io 为负载电流，由图 1 可得并联逆变器各模块输出电流以及环流的表达式如下
I o1
=
Io 2
+
IH
=
U o1 − U o Ri1 + jX i1
Uo ∠ 0，此时环流及其产生的有功功率和无功功率可表达为
图 2 阻性负载幅值差时各模块输出电压电流矢量图
Fig.2 Vector diagram of voltages and currents under
amplitude difference and resistive load 两台逆变器输出电压幅值相同，相位有差时，

极点配置双闭环控制单相并网逆变器研究

ＳｏｎｇＨｕａｉｘｉａｎｇ
（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，
ＡｎｈｕｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｕａｉｎａｎ，Ａｎｈｕｉ２３２００１１
ＡｂｓｔｒａｃｔＧｒｉｄ — ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｌｎｖｅｒｔｅｒ１Ｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｓｏｌａｒａｎｄｗｉｎｄｅｎｅｒｇｙｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ．Ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｔｈｅｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆａｓｉｎｇｌｅｐｈａｓｅｉｓｏｌａｔｅｄｇｒｉｄ — ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｉｎｖｅｒｔｅｒ，ｔｈｅｒｅｓｏｎａｎｃｅｉｓｄｅｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈｐａｓｓｉｖｅｄａｍｐｉｎｇ，ａｎｄｃｕｒｒｅｎｔｄｕａｌｃｌｏｓｅｄ — ｌｏｏｐｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｗｉｔｈｕｔｉｌｉｔｙｖｏｌｔａｇｅｆｅｅｄｆｏｒｗａｒｄｉｓｕｔｉｌｉｚｅｄ．Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｉｎｈｉｂｉｔｉｎｇｒｅｓｏｎａｎｃｅｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐａｓｓｉｖｅｄａｍｐｉｎｇｉｓａｎａｌｙｅｄ．Ｔｈｅｒｅｇｕｌａｔｏｒｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｗｉｔｈｐｏｌｅａｓｓｉｇｎｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｕｔｉｌｉｔｙｖｏｌｔａｇｅｆｅｅｄｆｏｒｗａｒｄｐｒｉｎｃｉｐｌｅｔｏｅｌｉｍｉｎａｔｅｇｒｉｄｖｏｌｔａｇｅｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｓｗａｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｒｅｓｉｓｔｉｖｅｌｏａｄｍｕｔａｔｉｏｎｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｗａｖｅｆｏｒｍｓａｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ

基于改进型双闭环控制的并网逆变器惯性模拟方法及其物理机制研究

基于改进型双闭环控制的并网逆变器惯性模拟方法及其物理机制研究王东杰;李阳;熊连松;林健【摘要】针对分布式电源大规模接入导致电力系统转动惯量减少的问题,基于静止同步发电机模型,在常规电压电流双闭环控制的基础上,通过在电压外环上并联惯性控制器的方法,使得内环电流指令中增加大小可调的惯性电流成分,以实现逆变器惯性特性的等效模拟.此外,还从电路模型的角度研究了并网逆变器惯性模拟方法的物理机制,揭示了逆变器惯性模拟方法的物理本质.实验结果表明:该方法能有效实现对并网逆变器惯性水平的灵活调控,增强并网逆变器的稳定运行能力.%A large amount of distributed generation is connected to the grid,thus reducing the rotational inertia of the power system.Based on the static synchronous generator model,this paper introduces an inertia controller on the outer voltage control loop to enhance the grid inertia.The developed inertia controller can generate the inertial current superposed in the conventional current reference.The inertial current can be adjustedarbitrarily,consequently realizing the equivalent simulation of inverter inertia on the basis of the conventional double-loop control.In addition,the physical mechanism of the inertia simulation method for the grid-connected inverters is investigated from the point of circuitmodel,meanwhile,its physical essence is revealed.The experimental results show that the presented method can adjust the inertia of grid-connected inverters flexibly and can enhance the stable operation of system.【期刊名称】《电测与仪表》【年(卷),期】2018(055)003【总页数】7页(P48-54)【关键词】转动惯量;双闭环;惯性电流;物理本质【作者】王东杰;李阳;熊连松;林健【作者单位】南京工程学院江苏省配电网智能技术与装备协同创新中心,南京211167;西安热工研究院有限公司,西安710054;南京工程学院江苏省配电网智能技术与装备协同创新中心,南京211167;南京工程学院江苏省配电网智能技术与装备协同创新中心,南京211167【正文语种】中文【中图分类】TM4640 引言并网逆变器是可再生能源发电并入电网的重要电力接口。

基于双闭环重复控制的并网逆变器的研究

ＷＵＨｕ．ｏａｂ
（ｕｎｄｎｉｉｎｖｒｉ，Ｍｅｈｕ５４１，ＣｉａＧａｇｏｇＪｙｎＵｉｓｙａｇｅｔｉｏ１０５ｈｎ）ｚ
ＡｂｔａｔＲｅｅｉｖｏｔｏｌｏｉｍｓｗｄｌｍｐｅｎｅｎｔｅｇｉ — ｏｎｃｅｎｅｔｒｓｔｘｅｌｎｔｃｎｓｒｃ：ｐｔｉｅｃｎｒｌａｇｒｈｉｉｅｙｉｌｍｅｔｄｉｈｒｃｎｅｔｄｉｖｒｓａｉｅｃｌｔｒｉｇｔｔｄｅｓｅａ
Ｔ
ｏｔｕｎｒｙｑａｉｎｏＨＤｆｇｄｃｎｅｔｄｃｒｅｔｕｐｔｅｅｇｕｌｙａｄｌｗＴｔｏｒ — ｏｎｃｅｕｒｎ．ｉ
Ｋｅｗｏｄｇｄｃｎｅｔｄｉｖｒｅ；ｄａｌｓｄｌｏｙｒｓ：ｒ —ｏｎｃｅｎｅｒｕｌｃｏｅｏｐ；ｒｐｔｉｅｃｎｒｌｉｔｅｅｉｖｏｔｔｏ
１引言并网逆变器是太阳能、风能和燃料电池等可
再生能源发电系统的重要组成部分。在对并网逆
偿器，使并网逆变器能稳定运行并输出较高的电
能质量和较低的电流谐波。
２电流双闭环结构的并网控制方案
ｃｒｅｔｏｐｓｅ，ｄｓｇｍｅｈｄｆｅｅｉｖｃｎｒｌｌｏｔｍｕｄｒｕｌｌｓｄｏｐｓｌｐｏｏｅ．ｕｒｎｌｏｉｓｔａｅｉｎｔｏｏｒｐｔｉｅｏｔａｇｒｈｔｏｉｎｅｄａｃｏｅｌｏｉａｓｏｒｐｓｄＴｅｒｔａｎｌｓｓａｄｅｐｒｎａｅｕｔｖｒｆｈｔｔｅｄａｌｓｄｌｏｅｅｉｖｏｔｌｂｓｄｉｖｒｒｈｓｈｇｈｏｅｉｌａａｙｉｎｘｅｍｅｔｌｒｓｌｅｙｔａｈｕｌｃｏｅｏｐｒｐｔｉｅｃｎｒａｅｎｅｔａｉｈｃｉｓｉｔｏｅ

LCL并网逆变器的电流双闭环控制

LCL并网逆变器的电流双闭环控制刘文军;周龙;陈剑;唐西胜;宋毅;何禹清【摘要】采用LCL滤波器作为电压型并网逆变器与电网的接口,建立LCL滤波器的数学模型,提出一种基于电网侧电流外环、逆变器侧电流内环的LCL并网逆变器控制方法.该控制方法既能有效保护功率开关,又能保证系统稳定及并网电流的单位功率因数.针对该电流双闭环控制方法,给出一种基于赫尔维茨稳定判据及李纳德-戚帕特稳定判据的内外环控制器参数设计方案.进行了LCL并网逆变器并网运行仿真与实验.仿真和实验结果验证了所提LCL并网逆变器控制方法的正确性和可行性.【期刊名称】《电力系统保护与控制》【年(卷),期】2016(044)017【总页数】6页(P52-57)【关键词】并网控制;并网逆变器;双闭环控制;LCL滤波器;功率因数【作者】刘文军;周龙;陈剑;唐西胜;宋毅;何禹清【作者单位】国网湖南省电力公司经济技术研究院,湖南长沙410004;中国科学院电工研究所,北京100190;国网湖南省电力公司经济技术研究院,湖南长沙410004;中国科学院电工研究所,北京100190;国网北京经济技术研究院,北京102209;国网湖南省电力公司经济技术研究院,湖南长沙410004【正文语种】中文随着人们对能源问题与环境问题的日益重视，风力发电、光伏发电等可再生能源得到了广泛应用。

并网逆变器作为可再生能源发电系统与电网连接的核心接口装置，直接影响到整个发电系统的并网性能，近年来已得到了国内外研究学者的广泛关注[1-4]。

为抑制可再生能源发电系统注入电网电流的谐波, 传统并网逆变器在接入电网之前串入L滤波器。

与L滤波器相比，LCL滤波器由于可用较小的总电感量实现较理想的谐波抑制效果，成本优势明显，已在电压型并网逆变器中成为首选[5-8]。

但LCL滤波器是一个三阶系统,对系统的控制策略提出了更高的要求。

文献[9-10]指出如果直接采用典型的电网侧电流直接闭环的控制策略，系统不稳定，且不利于功率开关的保护。

基于逆变电源双闭环控制系统的探讨

基于逆变电源双闭环控制系统的探讨作者：丁星来源：《科学导报·科学工程与电力》2019年第02期【摘要】现在无线通信技术被广泛应用在各个行业中，同时电能在其中具有无可替代的作用。

为了使电能可以最大化的利用，电力能源要进行能源交换，这个过程是通过电力电子技术完成的，逆变电源电压输出波形主要有三个方面，分别是稳态精度高、动态性能好以及负载适应性强，逆变电源为了满足这个需求设置了双闭环回路。

逆变电源双闭环系统有很多优点，比如节约能源、减少成本、提高工作质量等。

【关键词】电力电子；逆变电源；双闭环回路控制一、逆变电源控制方法介绍在现代的社会中，人们追寻在保证质量的同时追求速度，电能在各个行业中都起到了一定的影响，尤其是在石油化工生产中。

为了最大化的利用电能，电子能源需要进行能量交换，这个过程是通过电力电子技术完成的。

然后被广泛应用于各个行业，这样可以有效节约能源、减少成本、降低环境污染等。

在1964年，有学者曾提出脉宽调制变频的思想，它主要是将电网恒压恒频交流电变为可变电流，原理是在PWM逆变器上加入电压源，这个电压源是由不可控整流器整流经电流滤波形成的，在回路中安装控制逆变器开关组件来控制通断，最后逆变器将直流电逆变成幅值频率可变的交流电。

脉宽调制方式是决定开关组件通断时刻和顺序，改变脉宽可调节逆变器输出基波的幅值，改变可调节的频率。

我们对电压瞬时值单环反馈控制、电流滞环控制、电压双环反馈控制三种逆变器控制方法作出了分析和探究。

1.电压瞬时值单环反馈控制主要是为了解决电压平均值反馈中存在的问题，换种方式就是采用电压平均值反馈系统，该系统的动态反应速度比较慢，负载适应性也比较差。

在系统中采用了电压瞬时值反馈控制策略，这是为了实现输出电压的波形控制。

采样变压器会减低逆变器输出的电压值，让系统的电压始终保持在平均值上下。

输出电压和给定电压之间会存在或大或小的误差，产生的误差会经过PI电压调节器，输出信号与正弦信号通过相关的计算来调整信号的幅值，所得的结果被作为某些数据的基准，比如瞬时值反馈。

PWM型光伏并网逆变器的双闭环控制系统设计及仿真研究

PWM型光伏并网逆变器的双闭环控制系统设计及仿真研究刘建;冉玘泉【摘要】设计了单相光伏并网系统中PWM型并网逆变器的双闭环控制系统,内环采用固定开关频率直接电流控制,并用典型Ⅰ型系统进行设计.同时,为了使电压型逆变器稳定运行,必须对直流电压进行闭环控制来稳定直流电压.用Matlab/Simulink 中的Power Systems Block建立PWM逆变器双闭环控制系统仿真模型,仿真结果表明,电流有较好的跟随性,直流侧电压有较好的稳定性,该控制系统其能够实现单位功率因素并网,减少谐波分量,提高电能质量.【期刊名称】《电气开关》【年(卷),期】2015(053)005【总页数】5页(P63-66,69)【关键词】光伏并网系统;PWM型逆变器;双闭环控制【作者】刘建;冉玘泉【作者单位】西南交通大学电气工程学院,四川成都610031;西南交通大学电气工程学院,四川成都610031【正文语种】中文【中图分类】TM921随着工业进程的加快，能源消耗越来越大，常规能源供给的有限性和环保压力的增大，促使人类去开发和利用新能源，太阳能具有很多常规能源所不具有的优点，被认为是21世纪最重要的新能源，因而光伏发电被认是综合缓解能源问题和环境问题的一种重要技术途径[1-2]。

逆变器作为光伏发电系统的核心，为了实现高效利用太阳能，对光伏并网发电系统中逆变器的控制方法进行研究具有实用价值。

逆变器并网发电的主要控制问题是使逆变器输出与电网电压同频、同相的正弦波电流，并能跟随并网容量给定值，而且要求电流畸变满足相关要求，控制谐波对电网的不利影响。

目前研究比较成熟的控制方法有滞环控制技术、三角波控制技术，无差拍控制技术等。

滞环控制方法硬件电路十分简单，属于实时控制方式，电流响应很快，不需要载波，输出电压中不含有特定频率的谐波分量[3]。

三角波控制方式输出含有与载波频率相同的高次谐波，且电流响应比瞬时值比较方式慢[4-5]。

无差拍控制[6]可以在有限拍的时间内跟踪到给定的状态变量，具有非常快速的动态响应能力。

采用LCL滤波器的并网逆变器双闭环入网电流控制技术

采用LCL滤波器的并网逆变器双闭环入网电流控制技术一、本文概述随着可再生能源的快速发展，并网逆变器在电力系统中的应用越来越广泛。

并网逆变器的主要功能是将分布式电源（如光伏、风电等）产生的电能转换为与电网同频同相的交流电，并安全、高效地并入电网。

然而，并网逆变器在并网过程中会产生谐波和电气噪声，对电网造成污染。

为了改善并网电流的质量，采用滤波器对并网电流进行滤波处理成为一种有效的解决方案。

本文重点研究采用LCL滤波器的并网逆变器双闭环入网电流控制技术。

LCL滤波器以其优良的滤波性能和较小的体积优势，在并网逆变器中得到了广泛应用。

双闭环入网电流控制技术则通过内环电流控制和外环电压控制，实现对并网电流的精确控制。

本文首先介绍了LCL滤波器的基本原理及其在并网逆变器中的应用，然后详细阐述了双闭环入网电流控制技术的实现方法，包括内环电流控制策略和外环电压控制策略。

通过仿真和实验验证了所提控制技术的有效性和优越性。

本文的研究对于提高并网逆变器的并网电流质量、减小对电网的污染以及推动可再生能源的发展具有重要意义。

本文的研究结果也可为其他类型的滤波器设计以及更先进的并网电流控制技术的研究提供参考。

二、LCL滤波器的基本原理与特性LCL滤波器是一种三阶滤波器，它在并网逆变器的应用中起到了关键作用。

相比于传统的L型或LC型滤波器，LCL滤波器具有更好的谐波抑制能力和更高的滤波效果。

其基本原理和特性主要体现在以下几个方面。

基本原理：LCL滤波器由两个电感（L）和一个电容（C）组成，形成一个π型结构。

在并网逆变器的输出端，LCL滤波器可以有效地滤除高频谐波，使输出电流接近正弦波，从而满足电网对电能质量的要求。

同时，由于LCL滤波器的三阶特性，它可以在不增加额外损耗的情况下，实现更好的谐波抑制效果。

高滤波性能：由于LCL滤波器的三阶特性，它在抑制高频谐波方面具有显著优势。

相比于传统的L型或LC型滤波器，LCL滤波器可以更有效地滤除高频谐波，提高输出电流的质量。

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。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

基于双闭环策略的并网逆变器控制方法研究
吴婷婷陈天琴武奇生长安大学信息工程学院
为了避免分布式电源并网发电时对电网产生谐波污染，必须对并网电能质量进行控制，电能质量在电压为可控变量时由电压质量决定，但由于电网公共连接点（point of coupling, PCC ）处电压不可控，因而并网电能质量取决于逆变器输出的并网电流的质量。

并网逆变器的控制目标就是在网侧得到近似正弦的电流波形和单位功率因数。

理想情况下，输出电流谐波成对出现在载波(开关)频率和其倍数附近，这些高频分量通过滤波器可以很容易去除。

然而，由于逆变器开关管的不对称和开关死区时间等的影响，往往造成输出电流基波偏离参考电流，并带进低次谐波（典型如3次，5次，7次等）。

直流母线
图1 分布式发电系统构成图2 并网VSI 系统主电路
相关文献提出了将逆变器方程从三相静止坐标系转换到两相旋转坐标下，利用同步PI 控制器消除静态误差的思想，相关文献利用这种思想改善了馈网电流质量，但是它给定有功电流和无功电流，独立于逆变器输出电压，当逆变器输出电压质量较低时，达不到预期设定功率因素。

相关文献根据逆变器输出端电压电流瞬时值计算出有功功率和无功功率，分别与给定参考值比较进行调节，但是没有考虑直流侧电压波动问题，当直流侧电压波动较大时，系统调节速度很慢。

基于此，本文根据同步坐标系下的电流特性，提出了将逆变器从三相静止坐标系模型转换到两相同步旋转坐标系下，采用基于同步PI 控制技术的电流内环和直流电压前馈控制外环的双环控制结构，实现了并网电流基波分量在同步旋转坐标轴上的静态无误差调节，有效降低了逆变器死区效应，并抑制了电流低次谐波，取得了网侧电流波形近似为正弦波、单位功率因数运行。

一、三相逆变电源及模型
并网VSI 系统主电路结构如图2所示。

分布式电源的输出经boost 升压斩波电路形成的直流源接电压型三相逆变桥的直流母线，三相逆变桥的交流输出经电抗器并接电网，其中L 为输出滤波电抗值，x v （,,x a b c =）为逆变器的三相输出电压，x i （,,x a b c =）为逆变器输出电感电流，gx v （,,x a b c =）为三相坐标系下电网电压，dc I 为分布式电源产生的电流，dc V 为直流侧母线电压，C 为直流侧母线电容。

在三相静止坐标系下，逆变器稳态输出时，系统方程为：
11a a ga b b gb c c gc i v v d i v v dt L L i v v ⎡⎤⎡⎤⎡⎤
⎢⎥
⎢⎥⎢⎥=-⎢⎥
⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦ （1）
由（1）式可以看出，只要控制x v 与gx v 就可以控制x i ，而对于同一电网，gx v 是一定的，所以要控制的量就只有x v 。

这种通过控制逆变器输出电压进而控制并网电流的方式，与传统的开环电压控制策略比较，具有动态响应快、过载能力强、控制精度高等优点。

二、系统控制策略 1.同步电流PI 控制
由于系统中逆变器是三相无中线系统，三相电流之间非独立，系统模型是多输入多输出的耦合系统，将三相静止坐标变换到两相旋转坐标系下，可以简化系统模型，降低系统阶次，其转换公式为：
sin sin(120)sin(120)2cos 3cos(120)cos(120)a d b q c x x t t t x x t t t x ωωωωωω︒︒︒︒⎡⎤
⎡⎤-+⎡⎤⎢⎥
=⎢⎥⎢⎥⎢⎥
-+⎣⎦⎣⎦⎢⎥
⎣⎦ （2）
因此，式（1）转换成：
0110gd d d d q q q gq v i i v d i i v v dt L L ωω⎡⎤
⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤=+-⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥-⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦ （3）
其中，ω是电网电压的角频率。

在式（3）中，由于电网的电压三相平衡时d q -轴分量为恒定直流量，但d q -之间的电
流存在耦合，利用文献【5】
提出的解耦方式可得：
*
*()gd d d d q ci cp q gq d q q v i i i L i K d L K i v dt s L i i i ωω⎡⎤-⎡⎤⎡⎤
⎡⎤=++-⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥-⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦ （4）
式中，cp K 为比例系数，ci K 为积分系数。

同步电流PI 控制方法能够很方便地通过同步旋转坐标系上直流分量的PI 控制，实现电流的无静差控制，简化了控制算法，提高了控制精度。

2.直流电压前馈控制
分布式电源并网运行时，一方面由于分布式电源往往具有强非线性，导致输出直流电压波动；另一方面，由于在起动瞬间并网电流未建立，电网电流会反灌到逆变器的直流侧，给电容充电，形成Boost 变换回路，因此，直流电压波动因素必须通过控制器的调节作用加
以规避【6】。

本文设计的控制器通过平衡直流侧功率与逆变器输出功率来稳定参考电压。

在电压外环的控制作用下，其并网有功电流分量会自动满足系统控制要求，电压外环的控制算法为：
**()()di
d dp dc dc K i K V V s =+
- （5）
32
dc d d dc V v i I = （6）与传统误差比较不一样，文中*dc V 作为误差比较器的负端输入，而其正端输入则为dc V 的
反馈信号。

当*dc dc V V >时，误差信号为正，逆变器输出的*d i 正向增加，即向电网提供有功能量；反之，当*dc dc V V <时，从电网吸收有功能量以维持dc V 的恒定。

由于直流侧电容C 本身并不消耗有功能量，这部分能量只是用来补偿逆变器开关管的损耗，所以从电网吸收的d i 很小。

3.空间矢量PWM
为了增强供电可靠性，提高电能质量，现在的分布式发电并网逆变器装置大都采用PWM 技术。

空间矢量脉宽调制方法（Space Vector Pulse-Width Modulation ，SVPWM ）具有直流电压利用率高、输出电压谐波含量少，控制高效等优点，是PWM 控制高频开关器件中开关模式的首选。

系统中，SVPWM 的输入是d q -坐标系下的逆变器输出参考电压矢量，输出是PWM 调制波以驱动逆变器。

三、结论
本文针对分布式发电系统中，并网逆变器死区效应引起输出电流谐波含量大的特点，提出设计了基于同步PI 内环控制和直流电压前馈外环控制的双闭环电流控制系统，仿真结果看出，采用上述控制策略时，系统的输出并网电流基本与电网电压保持同步，而且并网电流波形较好，正弦度理想，完全能够满足THD 要求。

系统结构简单，容易实现，控制电路简洁。

因此，本文设计的并网逆变器的综合控制系统有利于分布式电源并网发电系统的大规模推广应用。