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大功率逆变器输出波形的双环控制夏星煜;邹广平;荣军【摘要】根据大功率高性能逆变器技术要求,提出了一种电压外环,电流内环的双环控制方式,并通过matlab建模仿真验证了其控制方式对逆变器输出波形的改善作用.【期刊名称】《船电技术》【年(卷),期】2015(035)002【总页数】3页(P71-73)【关键词】逆变器;双环控制;PI调节【作者】夏星煜;邹广平;荣军【作者单位】武汉船用电力推进装置研究所,武汉430064;武汉船用电力推进装置研究所,武汉430064;武汉船用电力推进装置研究所,武汉430064【正文语种】中文【中图分类】TM4641 逆变器控制技术概述近些年，逆变器输出波形的控制逐渐成为了研究人员对变换电源研究的热点问题，其控制技术主要解决的问题就是输出带不同的负载条件（纯阻性负载、阻感性负载、阻容性负载等）下能否输出稳定、符合要求的正弦波和在外部干扰突然变化的情况下能否快速、稳定的实现调节。
所以，对实际的变换电源来说，主要看其是否能符合以下两点性能要求：1）稳态时输出电压波形畸变率，基波分量所占比重大并且无相位差，THD 值小等；2）动态特性好，在外部扰动突然变化的情况下能快速实现调节，波形震动小。
目前对逆变器波形控制的技术主要有以下两种方式：1）基于周期波形反馈控制技术，就是采集一个周期内的电压电流波形，然后与标准输出波形作比较，对其进行校正和补偿。
2）基于瞬时值反馈的波形控制技术，就是对逆变器输出波形实时进行检测，把检测回的输出值与参考值作比较来进行调节。
主要包括瞬时值内环反馈控制技术，PID（单内环）控制技术，双闭环控制技术，无差拍控制技术，线性多变量状态反馈控制技术等。
目前，应用最广泛的是 PWM控制技术。
利用数字信号处理器（DSP）方便了建模仿真，用数字化控制系统取代了之前的模拟控制系统，简化了控制系统，为其分析调节提供了可靠性。
2 逆变器双环控制的技术策略2.1 SPWM单相半桥逆变器数学模型三相三线制逆变器，由于其电路结构的对称性，可以把其等效为三个单相逆变器，所以本文在下面的研究对象均是单相半桥逆变器。
两种典型控制方法在逆变器控制器中的比较0 引言逆变器可以采用的控制方法种类繁多，不同的控制方法都有其独特的优点及适用场合[1][2]。
从控制环路的角度看，可以分为开环控制、单环控制、双环控制以及多环控制。
开环控制无论在静态特性或动态特性方面都无法满足UPS逆变器的要求。
为了获得逆变器输出电压良好的静态和动态特性，可以采用输出电压单环瞬时值反馈控制。
这种控制方法能够实时地调节输出电压的波形，比较好地抑制元器件的非线性特性和直流母线电压波动带来的影响，在一定程度上改善了逆变器的静态和动态特性。
但是由于这种控制方法只有单电压环控制，当负载发生比较大的动态变化时（如负载的电流突然变大），逆变器的输出电压会有比较大的畸变，而且动态调节比较慢。
由于这种系统是二阶振荡环节，负载越轻，动态调整时间越长，且轻载时闭环系统的根轨迹靠近虚轴，系统稳定性差。
为了进一步提高逆变器的控制特性，可以采用双环和多环控制，由于多环控制比较复杂，目前实际应用中采用很少。
双环控制由于控制性能良好，控制方便而得到了较多的应用。
本文针对输出电压和滤波电容电流反馈以及输出电压和滤波电感电流反馈的两种典型双环控制方法进行了对比分析。
1 两种反馈环路的逆变器控制模型图1是全桥逆变器的主电路图，Vd是直流电压源，S1～S4是4个IGBT开关管，L和C 是滤波电感和滤波电容，用于滤除逆变系统中的高次谐波。
rL和rC是滤波电感和滤波电容的等效串联阻抗。
ZL是负载，负载可以是纯阻性也可以是非线性等。
图1所示的逆变器主电路图由于开关器件的存在是个非线性系统。
但是，当器件的开关频率远远大于逆变器输出电压的基波频率时，可以用状态空间平均和线性化技术来分析。
按照图1所示，可以得到下面的逆变器模型的动态方程：（1）（2）v0=（3）iL=iC＋iZ（4）式中：iC，iL，iZ分别是电感、电容、负载的电流。
图1 全桥逆变器的主电路上面的动态方程显示了逆变器中各个量的相互关系。
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。
逆变器电压电流双闭环控制系统设计余裕璞;顾煜炯;和学豪【摘要】逆变器在可再生能源发电中作为连接能量输入与输出负载的装置,发挥着重要作用,采用合适的控制系统可以得到满足后端电能质量需求的电能.针对电压单环控制调整滞后的缺点,补充中间电流反馈环节以提高控制系统的工作频率.比较了电感电流内环与电容电流内环反馈系统的区别,选取负载抗扰动性能更强的电容电流反馈系统,该控制方案对一般及整流性负载的干扰同时具有较强的平抑能力.针对输出电压及电感电流在数学模型上的交叉耦合作用,通过耦合信号前馈削弱其对控制系统的影响.提出一种基于“模最佳”的整定方法,对调节器的参数进行设计,最终利用仿真验证了所提设计方案的有效性.【期刊名称】《电力科学与工程》【年(卷),期】2019(035)003【总页数】7页(P1-7)【关键词】逆变器;双闭环控制;前馈解耦;模最佳【作者】余裕璞;顾煜炯;和学豪【作者单位】华北电力大学能源动力与机械工程学院,北京102206;华北电力大学能源动力与机械工程学院,北京102206;华北电力大学能源动力与机械工程学院,北京102206【正文语种】中文【中图分类】TM7120 引言可再生能源在能源安全、能源总量、能源可靠性、环境无污染等方面均优于传统化石能源[1～3]。
微电网技术是利用可再生能源的主要方式之一[4～6]，“就地采集、就地使用”减少了中间环节的损耗，提高能量利用率。
逆变器是微电网中用于电能转换的主要装置[7]，保证微网运行可靠性。
逆变器的控制方案不局限于一种[8,9]，主要根据其运行目标确定。
在离网运行方式下其运行目标是维持母线电压和频率的恒定，保证负荷的电能质量需求,并网模式下运行一般要求输出给定的有功和无功[10]。
逆变器控制早期采用输出电压瞬时值反馈的单环控制，可以在一定程度上抑制负载的扰动，调节输出电压的波形，但是负载发生较大变化时输出电压畸变严重，其动态响应慢导致电压畸变调整时间长，不利于负载的正常工作。
基于极点配置的逆变器双环控制方案作者：吕永庆赵军红张珍敏来源：《现代电子技术》2009年第22期摘要:介绍一种基于极点配置的逆变器瞬时电压电流PI控制器的设计方法,建立系统模型,为了提高逆变器输出波形的精度,提出了一种基于极点配置的PI双环和重复控制的复合控制方案。
该复合控制方案克服了PI双闭环控制方案带整流性负载时输出电压质量不高的缺点,也解决了嵌入式重复控制方案应用在逆变系统中对逆变器谐振峰值不可控的问题。
仿真表明,所设计的复合控制方案提高了逆变电源带整流性负载时的输出电压质量,该方案既保持了重复控制良好的稳态特性,也明显改善了系统的动态性能。
关键词:逆变器;极点配置;重复控制;双环控制中图分类号:TP274逆变器作为不间断电源的核心部分,广泛用于通信、金融等领域。
一个高性能的逆变器除了要满足体积、重量、电磁兼容等基本指标外,还需满足系统稳定,稳态电压精度高;总谐波畸变率(THD)含量小;动态响应快等要求。
重复控制可以校正逆变器在不同负载时输出电压的精度,具有很好的稳态输出特性,但由于其控制量输出有一个周期的延迟。
动态调节能力不足,而基于极点配置的电感电流内环电压外环反馈控制设计简单、鲁棒性好,但稳态控制精度不高。
因此,实际中常结合两者来协调校正输出波形。
在此提出基于极点配置的电感电流内环电压外环反馈控制方案,提高了逆变器的动态响应能力,然后增加重复控制调节输出电压的稳态精度,这一复合控制方案满足了逆变器的动静态特性、稳态精度,使用Matlab仿真验证了此方案的可行性。
1 逆变器的数学模型控制对象的数学模型是进行理论分析和实验研究工作的出发点和基础。
由于功率开关器件的存在,逆变器本质上是一个非线性系统,分析起来有一定困难。
假设直流母线电压源的幅值恒定,功率开关为理想器件,且逆变器输出的基波频率、滤波器的谐振频率与开关频率相比足够低,则逆变桥可以被简化为一个恒定增益的放大器,从而采用状态空间平均法得到逆变器的线性化模型。
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。
逆变器的两种电流型控制方式摘要：研究分析了逆变器的两种双环瞬时反馈控制方式——电流型准PWM控制方式和三态DPM电流滞环跟踪控制方式，介绍其工作原理，分析比较其动态和静态性能，并给出具体实现电路及系统仿真结果。
电流型双环控制技术在DC/DC变换器中广泛应用，较单电压环控制可以获得更优良的动态和静态性能[3]。
其基本思路是以外环电压调节器的输出作为内环电流给定，检测电感(或开关)电流与之比较，再由比较器的输出控制功率开关，使电感和功率开关的峰值电流直接跟随电压调节器的输出而变化。
如此构成的电流、电压双闭环变换器系统瞬态性能好、稳态精度高，特别是具有内在的对功率开关电流的限流能力。
逆变器(DC/AC变换器)由于交流输出，其控制较DC/DC变换器复杂得多，早期采用开关点预置的开环控制方式[1]，近年来瞬时反馈控制方式被广泛研究，多种各具特色的实现方案被提出，其中三态DPM(离散脉冲调制)电流滞环跟踪控制方式性能优良，易于实现。
本文将电流型PWM控制方式成功用于逆变器控制，介绍其工作原理，与电流滞环跟踪控制方式比较动态和静态性能，并给出仿真结果。
1三态DPM电流滞环跟踪控制方式电流滞环跟踪控制方式有多种实现形式[1，2，4，5]，其中三态DPM电流滞环跟踪控制性能较好且易于实现[1]。
参照图1，它的基本工作原理是：检测滤波电感电流iL，产生电流反馈信号if。
if与给定电流ig相比较，根据两个电流瞬时值之差来决定单相逆变桥的4个开关在下一个开关周期中的导通情况：ig－if>h时（h见图1，为电流滞环宽度，可按参考文献[1]P64式5 2选取）S1、S4导通，UAB=＋E，＋1状态；ig－if－h时S2、S3导通，UAB="－"E，－1状态；|ig－if|h时S1、S3或S2、S4导通，UAB="0，"0状态。
两个D触发器使S1～S4的开关状态变化只能发生在周期性脉冲信号CLK(频率2f)的上升沿，也就是说开关点在时间轴上是离散的，且最高开关频率为f。
