PWM型光伏并网逆变器的双闭环控制系统设计及仿真研究

三相PWM逆变器新型双闭环控制策略研究作者：索亚楠张武罗心宇喻景康来源：《科技视界》2015年第07期【摘要】随着逆变器在众多领域越来越重要，而传统的电压电流双闭环控制波形质量和响应速度不高，因此本文对传统方法进行改进，提出了一种新型控制方法，即不需要电感L准确值的电流解耦控制和采用模糊算法设计电压环来实现对输出电压控的稳定控制。

并用MATLAB SIMLIMNK进行仿真建模，实验结果表明此控制策略电压输出波形比较稳定。

【关键词】PWM逆变;无电感;电压模糊控制Resarch on New Double Closed-Loop Controlling Strategy Based on Three-Phase PWM Inverter SUO Ya-nan ZHANG Wu LUO Xin-yu YU Jing-kang【Abstract】With inverter is more and more important in many areas， the traditional voltage current double closed loop control waveform quality and speed of response is not high， so to improve the traditional method， this paper proposes a new control method， which does not need the inductance L accurate value of current decoupling control and fuzzy algorithm design voltage loop to achieve the stability control of the output voltage control. With MATLAB SIMLIMNK simulation modeling， experiment results show that the control strategy of voltage output waveform is stable.【Key words】PWM inverter; Without inductance; Fuzzy of voltage controll0 引言鉴于逆变器在光伏发电等新能源领域的重要性，逆变器输出稳定的电压电流波形称为人们研究的重点。

光伏并网逆变器控制策略与研究摘要】：能源危机和环境问题是世界各国普遍关注的话题，开发和利用可再生能源在各国能源战略中的地位越来越高。

随着科学技术的发展，光伏发电已经成为一种解决未来能源短缺及环境污染的主要方式。

本文介绍了光伏并网逆变器的拓扑结构，分析了逆变器的控制策略及电流控制技术。

【关键词】：光伏并网逆变器，控制策略，电流控制引言鉴于光伏发电具有间歇性和波动性的特点，随着光伏发电的应用愈来愈广泛、光伏发电并网规模愈来愈大，对电网的稳定运行也带来了愈来愈多的挑战。

并网逆变器是光伏阵列与电网进行电能交互的关键部分，负责将光伏板输出的直流电逆变为符合相关并网要求的交流电并入电网，与电力系统实现安全高效、稳定灵活的互联。

本文基于二极管钳位型三电平光伏逆变器，分析了光伏并网逆变器的控制策略及电流控制技术。

1、光伏并网逆变器的拓扑结构逆变器是光伏并网发电系统的核心部分，决定着整个并网系统的工作性能。

根据光伏阵列输出功率的转换级数可将光伏并网逆变器分为单级式及两级式。

单级式光伏并网逆变器是指将光伏阵列的输出直接通过光伏并网逆变器完成功率直一交的转换，并且由并网逆变器本身实现光伏阵列的最大功率跟踪（Maximum Power Point Tracking， MPPT），但单级式对光伏阵列输出电压大小要求较高。

并网逆变器只有满足一定的启动电压才能正常工作，一般通过多块太阳能电池板串联以满足光伏并网逆变器启动工作的直流母线电压要求。

两级式是在光伏逆变器前增加了一个DC/DC升压环节，用于解决单级式光伏阵列输出电压大小不满足并网逆变器直流母线电压幅值要求的问题。

且一般是采用Boost升压电路，其最关键的是可以在完成升压的同时通过阻抗匹配的原理实现MPPT功能。

光伏并网主要由光伏阵列、Boost升压模块、三电平光伏并网逆变器、系统控制器、锁相环和滤波环节组成。

系统工作原理：太阳能经过光伏阵列转换为直流电压，Boost升压模块将直流电压调节到逆变器直流母线电压幅值要求，从而使逆变器输出的电流满足与电网电压同频同相的要求，即将有功电流注入电网。

双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计及MATLAB仿真验证双闭环可逆直流脉宽调制（PWM）调速系统是一种常见的电机调速控制方案。

该系统通过两个闭环来实现电机的速度控制和电流控制，从而实现精准的调速效果。

本文将介绍双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统的设计原理，并使用MATLAB进行仿真验证。

设计原理：该系统由以下几个主要部分组成：1.输入信号：输入信号一般是一个速度设定值，表示期望电机的转速。

该信号可以通过人机界面或其他控制系统输入。

2.速度控制环：速度控制环根据输入信号和反馈信号之间的差异来控制电机的转速。

常见的速度控制算法有比例控制、积分控制和微分控制。

3.脉宽调制器：脉宽调制器根据速度控制环输出的控制信号来生成PWM信号，控制电机的转速。

通常使用的脉宽调制算法有定时器计数法和比较器法。

4.电流控制环：电流控制环根据PWM信号和反馈信号之间的差异来控制电机的电流。

常见的电流控制算法有比例控制、积分控制和微分控制。

5.电机驱动器：电机驱动器将电流控制环输出的控制信号转换为电机驱动信号，驱动电机正常运转。

MATLAB仿真验证：为了验证双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统的性能，可以使用MATLAB进行仿真。

以下是一种基本的MATLAB仿真流程：1.定义电机模型：根据电机的参数和特性，定义一个数学模型来表示电机的动态响应，例如通过电机的转矩-转速曲线或电机的方程。

2.设计速度控制器：根据系统要求和电机模型，设计一个适当的速度控制器。

可以使用PID控制器或其他控制算法。

3.设计PWM调制器：根据速度控制器输出的控制信号，设计一个PWM调制器来生成PWM信号。

根据电机模型和控制要求，选择合适的PWM调制算法。

4.设计电流控制器：根据PWM信号和电机模型，设计一个电流控制器。

可以使用PID控制器或其他控制算法。

5. 仿真验证：将以上设计参数输入到MATLAB仿真模型中，并进行仿真验证。

可以使用Simulink工具箱来搭建仿真模型，并通过逐步增加负载或改变速度设定值等方式来验证系统的性能。

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。

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。

PWM 直流调速系统的建模与仿真设计PWM双闭环直流脉宽调速系统建模与仿真设计一、设计内容1.1设计目的1. 掌握转速，电流双闭环控制的PWM直流调速原理。

2. 掌握并熟练运用MATLAB对系统进行仿真。

1.2设计参数调速系统的基本数据如下:晶闸管三相桥式全控整流电路供电的双闭环直流调速系统,直流电动机:220V,136A,1460r/min,电枢电阻R a=0.2Ω,允许过载倍数λ= 1.5;电枢回路总电阻:R= 0.5Ω,电枢回路总电感:L= 15mH,电动机轴上的总飞轮力矩:GD2= 22.5N·m2,晶闸管装置:放大系数K s=40,电流反馈系数:β=0.05V/A,转速反馈系数:α=0.007Vmin/r,滤波时间常数:T oi=0.002s ,T on=0.01s1.3设计要求(1)稳态指标:转速无静差;(2)动态指标:电流超调量σi≤5%,空载起动到额定转速的转速超调量σn≤10%二、设计思路2.1 PWM调速原理可逆PWM变换器主电路有多种形式，最常用的是桥式（亦称H形）电路，如图所示，电动机M两端电压U的极性随全控型电力电子器件的开关状态而改AB变。

双极式控制可逆PWM 变换器的四个驱动电压的关系是：1423g g g g U U U U ==-=-。

在一个开关周期内，当0≤t<o n t 时，AB S U U =，电枢电流id 沿回路1流通；当o n t ≤t<T 时，驱动电压反号，id 沿回路2经二极管续流，AB S U U =-。

因此，AB U 在一个周期内具有正负相间的脉冲波形，这是双极式名称的由来。

2.2 PWM 发生器的建模直流脉宽调速系统仿真的关键是PWM 发生器的建模。

从双闭环调速系统的动态结构框图可知， 电流调节器ACR 输出最大限幅时，H 桥的占空比为1。

对于PWM 发生器， 采用两个Discrete PWM Generator 模块。

7电工电气电工电气 (2012 No.4)设计与研究一种光伏并网逆变器控制系统仿真研究张驰，张代润(四川大学 电气信息学院，四川 成都 610065)ZHANG Chi, ZHANG Dai-run（School of Electrical Engineering and Information, Sichuan University, Chengdu 610065, China ）Simulation Research on a Photovoltaic Grid-Connected Inverter System摘 要：研究了一种基于空间矢量调制的三相并网逆变器的控制策略，该系统能够以单位功率因数向电网回馈电能。

建立了两相同步旋转坐标系下三相并网逆变器的数学模型，在此基础上给出了基于空间矢量调制的网侧电流闭环控制策略，实现了并网电流有功分量和无功分量的独立控制，并给出了基于电网电压基波的锁相环(PLL)技术的实现方法和电流环的设计。

在Simulink 环境下建立了系统的仿真模型，仿真结果表明，这种电流控制方法可以有效控制并网系统的有功与无功功率，总谐波失真变小，是一种有较强应用价值的三相逆变器控制方案。

关键词：并网逆变器；电流闭环控制；锁相环；空间矢量调制中图分类号：TM464；TM615 文献标识码：A 文章编号：1007-3175(2012)04-0007-04作者简介：张驰(1984- )，男，硕士研究生，研究方向为可再生能源发电系统；张代润(1965- )，男，教授，博士，研究方向为电能质量控制技术、特种电源及其控制技术、交流电机传动控制技术。

Abstract: This paper studied the control strategy for a kind of three-phase grid-connected inverter with space vector pulse width modula-tion (PWM) current control. The system could return power to the grid with unity power factor. The model of the three-phase inverter was built in the two-phase rotating reference frame. The control principle was proposed based on the space vector PWM current closed loop control, which made the grid current into the active current and reactive current. This paper gave the phase lock loop (PLL) method based on grid voltage vector and the design of current loop. A simulation model of the described system was established in Simulink environment. The simulation results show that the improved strategy can effectively control the grid-connected active and reactive power, with an insigni fi cant total harmonic distortion. This control method is a kind of three-phase inverter control scheme with stronger application value. Key words: grid-connected inverter; current closed loop control; phase lock loop; space vector pulse width modulation0 引言在电力电子变换装置中，并网逆变器控制是实现电能回馈电网的重要环节。

A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the RequirementsFor the Degree of Master of EngineeringResearch on Dual Loop Control Techniquefor PWM InvertersCandidate: Yu haiyangMajor: Power Electronics and Electric DriveSupervisor: Associate Prof. Peng LiHuazhong University of Science & TechnologyWuhan 430074, P.R.ChinaFebruary, 2007独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。

对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律效果由本人承担。

学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日本文研究课题受到：国家自然科学基金项目——逆变器多维状态鲁棒跟踪控制技术研究（项目编号为：50777025）和台达电力电子科教发展计划资助项目——基于状态空间理论的逆变电源极限性能研究（项目编号：DRE02006012）的资助。

谨致谢意！摘要逆变器作为UPS系统的核心部分，要求它能够输出高质量的电压波形，尤其是在非线性负载情况下仍能够得到接近正弦的输出波形，因此各种各样的逆变器波形控制技术得以发展。

光伏并网逆变器M及双闭环控制技术研究一、概述随着全球能源危机和环境污染问题的日益严重，可再生能源的开发和利用受到了广泛关注。

光伏发电作为一种清洁、可再生的能源形式，已经成为全球能源转型的重要方向。

光伏并网逆变器作为光伏发电系统的核心设备，其性能直接关系到整个系统的发电效率和电能质量。

对光伏并网逆变器及其控制技术的研究具有重要的现实意义和应用价值。

光伏并网逆变器的主要功能是将光伏电池板产生的直流电能转换为交流电能，并将其并入电网中供用户使用。

在这一过程中，逆变器需要实现最大功率点跟踪（MPPT），以最大化光伏电池板的发电效率同时，还需要保证并网电流的波形质量，减少对电网的污染。

为了实现这些功能，光伏并网逆变器通常采用双闭环控制技术，即外环控制负责调整逆变器的输出功率，内环控制则负责调节并网电流的质量。

目前，光伏并网逆变器的控制技术已经得到了广泛的研究和应用。

随着光伏发电系统规模的扩大和电网对电能质量要求的提高，传统的控制技术已经难以满足实际需求。

研究新型的光伏并网逆变器及其控制技术，提高系统的发电效率和电能质量，是当前光伏领域的重要研究方向。

本文将对光伏并网逆变器及其双闭环控制技术进行深入研究和分析。

介绍光伏并网逆变器的基本原理和结构详细阐述双闭环控制技术的基本原理和实现方法分析现有控制技术存在的问题和不足提出一种新型的光伏并网逆变器及其控制技术，并通过仿真和实验验证其有效性和优越性。

本文的研究成果将为光伏发电系统的优化设计和高效运行提供理论支持和技术指导。

1.1 研究背景与意义随着全球能源结构的转型和可持续发展理念的深入人心，光伏产业作为清洁能源的重要组成部分，正日益受到各国政府和科技界的关注。

光伏并网逆变器作为光伏发电系统的核心设备，其性能直接关系到电能转换效率、系统稳定性及电网接入质量。

研究和优化光伏并网逆变器的控制技术，对于提高光伏发电系统的整体性能、推动光伏产业的健康发展以及实现能源的绿色转型具有重要意义。

光伏发电系统的新型双闭环控制算法研究摘要：光伏发电系统是一种使用光电转化技术将太阳能转化为电能的设备，近年来得到了广泛的应用和研究。

然而，光伏发电系统的输出功率对太阳辐射强度、温度等外界条件的变化敏感，因此需要合适的控制算法来调节系统的工作状态。

本文通过研究和分析光伏发电系统的特点和问题，提出了一种基于双闭环控制的新型算法，该算法可以有效地提高系统的功率输出、稳定性和抗干扰能力，并通过实验验证了该算法的有效性。

关键词：光伏发电系统；双闭环控制；功率输出；稳定性；抗干扰能力1.引言光伏发电系统是一种利用太阳辐射能将光能转化为电能的设备，具有可再生、环保、分布式等优点，被广泛应用于农村电力供应、电网接入等领域。

然而，光伏发电系统的输出功率受到太阳辐射强度、温度等外界条件的影响，同时系统内部的电流、电压等因素也会影响系统的工作状态。

2.光伏发电系统的特点和问题2.1外界环境条件变化导致输出功率波动较大；2.2系统内部的电流、电压等因素对系统的工作状态产生干扰；2.3系统的响应速度较慢，无法快速调节光伏阵列的工作状态。

3.双闭环控制算法的原理为了解决光伏发电系统存在的问题，本文提出了一种基于双闭环控制的新型算法。

该算法的原理如下：3.1外环控制：通过监测光伏阵列的输出功率和环境条件（如太阳辐射强度等），通过调节光伏阵列的工作状态，使输出功率尽可能接近给定值。

3.2内环控制：通过监测光伏阵列的电流、电压等内部因素，通过调节逆变器的工作参数，控制光伏阵列的工作状态，使其输出功率稳定在给定值附近。

4.双闭环控制算法的实现为了验证双闭环控制算法的有效性，本文设计了一个光伏发电系统的实验装置，并在实验室中进行了实验。

实验结果表明，双闭环控制算法可以有效地提高光伏发电系统的功率输出、稳定性和抗干扰能力。

5.结论与展望本文通过研究和分析光伏发电系统的特点和问题，提出了一种基于双闭环控制的新型算法，通过实验验证了该算法的有效性。