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电压电流双环控制原理嘿，咱来聊聊电压电流双环控制原理这个超厉害的家伙吧！这电压电流双环控制啊，就像是一个聪明的指挥官，在电路的世界里有条不紊地指挥着一切，让电流和电压都乖乖听话，为我们的各种电子设备和系统提供稳定可靠的动力。
你看，电压就像是电路中的“压力”，它推动着电流这个“小水流”在电路中流动。
而电流呢，就像是电路中的“流量”，它带着能量在各种元器件之间穿梭。
电压电流双环控制原理就是要同时管理好这两个家伙，让它们协同工作，达到我们想要的效果。
想象一下，电路就像一个繁忙的交通枢纽，电压是交通规则中的“限速标志”，它规定了电流这个“车辆”行驶的速度上限。
如果电压不稳定，一会儿高一会儿低，就好比限速标志一会儿变成80公里每小时，一会儿又变成20公里每小时，那电路里的电流可就乱套啦，电子设备也会像在颠簸的路上行驶的汽车一样，出现各种问题，甚至可能“抛锚”。
所以，电压环的作用就是要确保电压保持在一个合适的范围内，就像一个严格的交警，时刻盯着电压这个“限速标志”，不让它出现太大的波动。
而电流环呢，就像是交通枢纽中的“流量监控器”。
它要保证电流按照我们的需求来流动，不能太多也不能太少。
如果电流过大，就像交通枢纽中突然涌入了大量的车辆，会导致道路拥堵，电路中的元器件可能会因为承受不了这么大的电流而发热损坏。
相反，如果电流过小，电子设备就可能得不到足够的能量，无法正常工作，就像汽车没油了一样，只能停在路边。
所以电流环要根据实际情况，及时调整电流的大小，让它始终保持在一个合适的水平，就像一个智能的交通指挥系统，合理地控制着车辆的流量，确保交通顺畅。
在电压电流双环控制中，这两个环是相互配合的哦。
就像一场精彩的双人舞，电压和电流相互呼应，彼此协调。
当电压出现变化时，电压环会迅速做出反应，调整输出，然后电流环会根据电压的变化，相应地调整电流，以保持整个电路系统的稳定。
这种紧密的配合就像是两个默契十足的舞者，一个动作的变化会立刻引起另一个的回应，共同演绎出完美的舞蹈。
单相PWM整流器电压外环模糊自适应控制一、单相PWM整流器的控制原理单相PWM整流器是将交流电转化为直流电的装置，它采用开关器件（如晶闸管、三相交流双向晶闸管等）进行控制，通过改变开关管的导通和关断时间来控制输出电压的大小和频率。
在PWM整流器中，常见的控制方式有开环控制和闭环控制两种。
开环控制是根据预先设定的电压值直接控制开关管的导通和关断时间，但由于系统内外环环节影响，开环控制的性能往往不稳定且难以精确控制。
而闭环控制则采用反馈控制的方式，通过测量输出电压，并与设定电压进行比较后得到误差信号，再根据误差信号进行调节以实现对输出电压的精确控制。
在这两种控制方式中，闭环控制因其精度高、稳定性好等特点而得到广泛应用。
二、模糊自适应控制介绍模糊自适应控制是一种结合了模糊控制和自适应控制的新型控制方法，它通过模糊集合和模糊推理的方法来逼近实际系统的数学模型，并利用自适应控制算法来根据系统反馈信号使得控制器对系统进行自适应调节。
模糊自适应控制不需要精确的系统模型，可适应各种不确定因素，具有较强的鲁棒性和适用性。
模糊自适应控制在电力系统、机电控制、车辆控制等领域得到了广泛的应用。
在单相PWM整流器中，电压外环模糊自适应控制是指对输出直流电压进行控制的一种方法，它将模糊控制和自适应控制相结合，通过模糊规则库和自适应机制来实现对输出电压的精确控制。
其原理如下：1. 模糊规则库设计在电压外环模糊自适应控制中，首先需要设计一个模糊规则库，该规则库包括输入（偏差）和输出（控制增益）的模糊集合，以及模糊化、模糊推理等操作。
通过模糊规则库，可以实现对输入偏差的模糊化处理和输出控制增益的模糊推理，从而得到控制器的输出。
2. 自适应机制设计在模糊自适应控制中，需要引入自适应机制，用于根据系统反馈信号来更新模糊规则库的参数，从而使控制器能够自适应系统的变化。
通常采用的方法是利用反馈误差信号来更新模糊规则库的参数，以使控制器能够对系统进行自适应调节。
单相PWM整流器能量双向传输的实现技术摘要：本文论证了高功率因数电能转换和负载电能回馈电网的实现是电力节能的关键问题。
在对电压型单相PWM 整流器的拓扑结构以及其工作原理分析的基础上,提出了相应的控制方法,并分别对主电路参数和PI 调节器参数进行了选择和设计,重点对IGBT 的驱动电路进行了详细的设计。
基于Matlab 计算机仿真软件,文中对整个单相pwm 整流器控制系统进行了建模和仿真,结果表明, PWM 整流器控制系统能很好地实现高功率因数电能转换和电能的双向传输。
关键词：PWM 整流器;高功率因数;能量回馈;Matlab 仿真引言PWM 整流器已不是一般传统意义上的AC/DC 转换器。
由于电能的双向传输,当PWM 整流器从电网吸取电能时,其运行于整流工作状态;而当PWM 整流器向电网传输电能时,其运行于有源逆变工作状态。
作为电网主要污染源的整流器首先受到了学术界的关注,并开展了大量研究工作。
其主要思路就是将PWM 技术引入整流器的控制当中,使整流器网侧电流正弦化,且于单位功率因数运行。
能量可双向传输的PWM 整流器不仅体现出AC/DC 特性(整流),而且还可呈现DC /AC 特性(有源逆变),因而确切地说,这类PWM 整流器是一种新型的可逆PWM 变流器。
由于PWM 整流器实现了网侧电流正弦化,且运行于单位功率因数, 甚至能量可双向传输,因而真正实现了绿色电能转换。
整流器的工作原理与控制策略主电路如图1 所示,为双极性电压源型全控IGBT 桥式电路。
工作过程为：当网侧电流i(t)0 时,回路经过T2、T3、Ls;若Us(t)、i(t)同相,则网侧电感端电压ULs(t)=Us(t)+URs(t)+Um=Ldi(t)/dt0,这时电网电动势和直流侧电容共同使电感磁能增大,从而使网侧电流增加,对交流侧电感Ls 进行储能;再经过D1、D4、Ls 回路进行续流。
图1 单相PWM 整流器主电路若Us(t)、i(t)同相,则网侧电感端电压ULs(t)=Us(t)- URs(t)-Um=L(di(t)/dt)0,因此,这时电网电动势和网侧电感共同向VSR 直流电容充电,网侧电感磁能减小,从而使网侧电流衰减。
一种单相光伏系统逆变器的双环控制李晓康;李洁【摘要】提出了一种单相光伏系统逆变器的双环控制方式,在电流内环及电压外环控制回路均引入了前馈控制方式.在电压外环控制回路引入电压均方根值回路提高了电压调整率,在均方根值计算时采用简化处理大大减少了计算消耗的内存资源,并引入带通滤波器消除二次谐波,得到了平缓的均方根值.通过PSIM仿真得到了稳定的输出电压电流波形,表明了双环控制方式具有良好的动态性能和非线性负载带载能力.【期刊名称】《通信电源技术》【年(卷),期】2018(035)001【总页数】3页(P1-2,5)【关键词】双环控制;前馈控制;电压均方根值回路【作者】李晓康;李洁【作者单位】青岛大学自动化与电气工程学院,山东青岛266071;青岛大学自动化与电气工程学院,山东青岛266071【正文语种】中文0 引言电压型逆变器的储能电容与电流型逆变器的储能电感相比具有体积小和价格低的优点，因此在单相光伏系统中得到了广泛的应用[1]。
对逆变器采用双环控制方式是高性能逆变电源的重要发展方向[2]。
其中，电流内环采用P调节器，扩大了逆变器控制系统的带宽，使得逆变器具有动态响应快，非线性负载适应能力强以及输出电压谐波含量小的优点。
电压外环的控制器采用PI调节器[3]，加入电压均方根值回路提高了电压调整率。
通过仿真分析可以证明在双环控制下的电路可以产生良好的并网电流。
1 逆变电路工作原理及模型推导单相光伏系统的电路拓扑及逆变器的控制框架如图1所示，控制回路采用双环控制，外回路采用直流电压回路，以产生内回路的电感电流；内回路采用电感电流控制，以产生PWM的控制电压。
PWM是采用正弦式PWM(SPWM)方式，以产生开关的触发信号，L-C为二阶的低通滤波器，用以减小逆变器的高频输出项，使输出电压为高频的正弦波。
由图1可得：(1)(2)图1 单相光伏系统的电路拓扑及逆变器的控制框架其中，SA和SB分别为全桥电路A桥和B桥开关的切换函数：(3)vconA和vconB分别为A桥和B桥的SPWM控制电压。
单相全桥PWM整流器输入电流内环式控制方法的分析与仿真比较宋芸;冯乃光【摘要】There are lots of input current inner ring control methods for single-phase full-bridge PWM rectifier. PI and PR control methods are relative mature technologies, but the deadbeat control, repetitive control, adeptive prediction current con-trol and other digital algorithm control are still not mature. In the practical application, the selection of control method might seriously affect the properties of products. The theoretical analysis and simulation comparison for many control methods is car-ried out in this article. It has a certain reference value for practical projects.%单相全桥型PWM整流器的输入电流内环式控制方法多种多样.PI控制、使用虚拟坐标变换的PI控制、PR控制等控制方法技术较成熟,而无差拍电流控制、重复控制、自适应预测电流控制等数字算法控刳尚不成熟.在实际应用中究竟选择何种控制方式,对产品性能影响很大.在此控制方法进行理论分析比较,并利用仿真比较得出一些重要结果,对实际工程有一定的实用参考价值.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2013(036)004【总页数】4页(P111-114)【关键词】单相全桥PWM整流器;输入电流内环式控制;PI控制;PR控制【作者】宋芸;冯乃光【作者单位】南京林业大学信息科学技术学院,江苏南京210037;四川广播电视大学,四川成都610073【正文语种】中文【中图分类】TN964-34随着电力电子技术和计算机技术的发展，出现了以PWM控制技术为基础的各类变流装置。
一种高性能的单相逆变器多环控制方案
熊健;周亮;张凯;史鹏飞
【期刊名称】《电工技术学报》
【年(卷),期】2006(021)012
【摘要】提出了一种高性能的单相逆变器控制策略.该方案在电压电流双闭环控制基础上增加了外层的重复控制器.在实现输出电压解耦和扰动电流补偿后,电压外环采用比例积分环节,电流内环采用比例环节的控制器.理论分析证明在这种双环结构下,可以实现任意配置闭环极点,因而使逆变器达到了很快的响应速度及较好的稳态精度.位于内层的双环瞬时控制器改善了系统的动态特性,位于外层的重复控制器提高了稳态精度及抗非线性负载扰动的能力,两种控制器各司其职,互为补充,为单相逆变器波形控制提供了一种接近完美的控制方案.最后在一台基于DSP TMS320F240的单相PWM逆变器实验装置上验证了该控制方案的正确性.
【总页数】5页(P79-83)
【作者】熊健;周亮;张凯;史鹏飞
【作者单位】华中科技大学电气与电子工程学院,武汉,430074;华中科技大学电气与电子工程学院,武汉,430074;华中科技大学电气与电子工程学院,武汉,430074;华中科技大学电气与电子工程学院,武汉,430074
【正文语种】中文
【中图分类】TM4
【相关文献】
1.一种用于光伏并网逆变器的高性能锁相环设计 [J], 江燕兴;潘逸蓖;窦伟
2.单相逆变器新型重复-模糊控制方案 [J], 杨豪;赵军红;朱雁南
3.一种改进的单相逆变器重复控制方案 [J], 杨豪;赵军红;张瑞祥;刘岳滨
4.一种高性能单相逆变器谐波抑制策略 [J], 宫悦;张胜权
5.一种单相光伏并网逆变器软件锁相环的设计与实现 [J], 尧永;方宇;葛亚华;王明南;张继勇;
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一种单相电压型逆变器双环控制刘俊伟【摘要】文章以单相电压型逆变器为研究对象，给出了一种逆变器双环控制策略。
首先，基于单相电压型逆变器的主拓扑结构，建立了相应的数学模型，同时建立了逆变器传递函数框图。
其次，给出了相应的双环控制结构，该结构为内、外环均为比例控制。
在此基础上，采用极点配置法设计了相应的控制参数取值范围。
实验结果表明，文章所给的双环控制方法具有较好的动态控制响应和稳态控制性能。
%This paper taking the single-phase voltage inverter as the research object, an dual-loop control strategy is given. First of all, based on the main topology structure of single-phase voltage source inverter, mathematical model of the inverter is established, at the same time, transfer function block diagram is established. Then, giving the corresponding dual loop control structure, the structure for the inner and outer loop is proportional control. On above basis, the pole assignment method is used to design the control parameters. The experimental results show that the dual-loop control method has good dynamic response and steady state control performance.【期刊名称】《江苏科技信息》【年(卷),期】2016(000)027【总页数】3页(P64-66)【关键词】单相电压型;全桥逆变器;双环控制;比例控制【作者】刘俊伟【作者单位】陕西理工大学，陕西汉中 723000【正文语种】中文电压型逆变器作为电力电子的一个重要组成部分，被广泛应用于新能源发电、不间断电源、通信系统等重要场合，成为国民生产生活的关键设备［1-3］。
设计与研究本文引用格式：冯典森，唐勇奇，伍玉凯，等.基于双闭环控制的单相电压型PWM整流器仿真研究[J]. 新型工业化，2016，6（5）：8-14.DOI：10.19335/ki.2095-6649.2016.05.002基于双闭环控制的单相电压型PWM整流器仿真研究冯典森1，唐勇奇2，伍玉凯3，张曙云1，曾丽琼1（1. 湖南工业大学 电气与信息工程学院，湖南株洲 412007；2. 湖南工程学院 电气信息学院，湖南湘潭 411101；3. 湖南五凌电力工程有限公司 湖南长沙，410000）摘要：针对传统单相整流电路中低功率因数对电网产生较大谐波干扰等问题，为使整流电路性能可高效节能运行。
文中从对单相电压型PWM整流器的原理及控制策略分析入手，将电压外环和电流内环构成的双闭环PWM 控制策略引入到中小功率的单相整流电路中，并对这种控制策略的作用机理进行详尽阐述，表明该方法的先进性。
然后利用MATLAB/Simulink仿真平台搭建仿真模型，通过仿真结果验证出该方法的引入使得系统具有可网侧高功率因数运行、网侧电流正弦化、快速动态响应等优点，从而大大降低了对电网的谐波污染。
关键词：功率因数；单相PWM整流；双闭环控制；MATLAB/SimulimkSimulation of Single Phase Voltage PWM Rectifier Based on Double Closed-loop ControlFENG Dian-sen1, TANG Yong-qi2, WU Yu-kai3, ZHANG Shu-yun1, ZENG Li-qiong1(1.School of Electrical and Information Engineering, Hunan University of Technology, Hunan Zhuzhou 412007, China; 2.School of electrical and information, Hunan Institute of Engineering, Hunan Xiangtan 411101, China; 3.Hunan Wuling Power Engineering Co. Ltd.Hunan Changsha 410000, China)ABSTRACT: To solve this problem of the conventional single-phdase rectifier circuit of low power factor on the grid havea greater harmonic interference, energy-efficient operation of the system. The text from the principle of the single-phase voltage type PWM Rectifier Control Strategy Analysis start the voltage double-loop PWM control strategy consisting of outer and inner current introduced into the small and medium-power single-phase rectifier circuit, and the control mechanism of this strategy will be elaborated, indicating that the advanced nature of this approach.The use MATLAB / Simulink simulation platform to build simulation models, results show that this method can be introduced into the network side so that the system has a high power factor, sinusoidal line current, fast dynamic response, etc., thus greatly reducing the harmonic pollution on the grid.KEyWORDS: Power factor; Single phase PWM rectifier; Double closed-loop control; MATLAB/Simulimk0 引言在社会生产活动中电力电子技术应用变得十分广泛，而在电力电子技术应用的各种变流环节中，多处需要获得直流电压，比如HVDC，电解厂，风力发电等，而这获取的方式大都是靠整流实现；因基金项目：国家自然科学基金（51177040）；湖南省教育厅科研项目（12C0054）；湖南工业大学研究生校级创新基金（CX1502）作者简介： 冯典森（1992-），男，研究生，研究方向为现代电力电子技术及系统；唐勇奇（1964-），男，教授，研究方向为电力电子与电气传动，控制理论，计算机控制；伍玉凯（1992-），男，湖南五凌电力工程有限公司员工；张曙云（1992-），男，研究生，研究方向为微网并网控制；曾丽琼（1992-），女，研究生，研究方向为新能源并网技术Citation: FENG Dian-sen, TANG Yong-qi, WU Yu-kai, et al. Simulation of Single Phase V oltage PWM Rectifier Based on Double Closed-loop Control[J]. The Journal of New Industrialization, 2016, 6(5): 8-14.设计与研究为通常的整流环节，晶闸管相控整流电路、二极管不可控整流电路被广泛采用，因而，大量谐波及无功注入了电网，使得电网被严重“污染”。
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。
单相逆变电路单环与双环控制的仿真实验研究李文娟;绳燕;吴天强;于长胜【摘要】For the inverter circuit ’ s higher control precision and stronger loading and anti load disturbance capacity ,the closed‐loop control of single‐phase inverter is studied .Taking two control schemes of voltage single‐loop and voltage current double‐loop ,the controllers of these two schemes are designed and the corresponding parameters are determined by the pole assignment method .The simulation models of single‐loop and double‐loop control system with single‐ph ase inverter circuit are built in the Simulink simulation platform . The waveforms of the output voltage and current of the single‐loop and double‐loop control under the condition of nonlinear load and mutation load are compared and analyzed .The simulatio n results show that under the double‐loop control the voltage change rate of single‐phase inverter circuit is small ,and the harmonic content is low ,which has better loading and anti load disturbance capability .%为使逆变电路具有更高的控制精度和更强的带负载及抗负载扰动能力，研究采用闭环控制的单相逆变电路。
三相电压型整流器双环PI数字控制设计王磊【摘要】The control loop design of three-phase voltage-source rectifier has not been fully resolved in recent years. Based on the state-space averaging model of the rectifier, this paper proposes the design process of dual-loop PID digital control design integrates the space vector modulation technique. It is then verified by an example in simulation. A comparison between the design and the simulation reveals the inherent problem in the design and possible solutions.%三相电压型整流器的控制环路设计一直是一个未能彻底解决的难题．文章给出了基于状态空间平均模型并结合空间矢量脉宽调制的PID双环控制的设计过程，并对给定参数的实例进行了仿真验证．通过仿真实例与设计过程的比较，分析指出了设计过程中的固有问题及解决方向．【期刊名称】《韩山师范学院学报》【年(卷),期】2011(032)006【总页数】7页(P34-40)【关键词】三相电压型整流器;双环PID控制;数字控制;空间矢量脉宽调制【作者】王磊【作者单位】韩山师范学院物理与电子工程系,广东潮州521041【正文语种】中文【中图分类】TM463近年来，由于能量可双向流动、效率高和功率因数高等优点[1]，三相PWM整流器逐渐取代传统的相控二极管/三极管桥式整流器，成为许多用电设备的基本组成部分．三相桥式电压型整流器是三相PWM整流器的一种常用形式．它的控制目标主要有两个：高功率因数和输出电压的稳定．最直接的方法是采用两个PI控制器分别对输出和无功功率进行控制，控制无功的电流环作为内环，对输出电压的控制作为外环．电流环对无功的控制，可以采用由逆变器借鉴而来的空间矢量调制方法．三相电压型整流器环路设计的难点在于[2]：双环控制较为复杂，系统的非线性较强，采用线性化模型描述及线性控制方法难以同时得到稳态和暂态的理想特性. 基于三相电压型整流器的状态平均模型，本文给出了结合空间矢量脉宽调制的PID 双环控制的设计过程，并对给定参数的整流器电路进行了仿真验证．通过实例调试与设计过程得到的参数比较，指出了设计过程中的固有问题及解决方向．三相电压型整流器的拓扑结构见图1．由于同一桥臂上下的开关管互补导通，只需要Sa、Sb、Sc三个开关量即可实现整流器的控制．其中整流器的输入为理想的三相交流电压源，表达式为：通常把三相电压型整流器的状态方程变换到d-q旋转坐标系下.进行这个坐标变换有以下优点：可以分离电流的有功和无功分量加以单独控制；依据三相三线系统无中线电流的条件得到维数降低的方程．以三相交流输入源合成的空间矢量为参考向量，三相电压型整流器在d-q旋转坐标系下的动态方程为：其中Sd、Sq为d-q旋转坐标系下的开关量，用来实现对整流器桥臂的通断控制. 方程（2）描述了整流器主电路的工作情况，下面进行整流器控制环路的设计．令ud=uods,uq=uosq作为系统的控制输入.首先进行电流内环的设计．对电流内环采用PI控制，并加入前馈控制令三相输入电流的有功分量id和无功电流iq解耦[6]，则ud、uq的控制方程为：式中Kip、Kii为电流内环比例、积分调节的增益，i∗d、i∗q分别为id、iq的指令值，分别为单相输入电流幅值Im和0.由于两个电流内环的对称性，可以仅考虑对id控制设计．空间矢量调制的矢量位置有一个开关周期的延迟，AD采样带来半个开关周期的延迟[3]，结合主电路的小信号模型，得到电流内环控制结构图如图2所示．其中为令电流内环有较快的电流跟随性能，可按典型Ⅰ型系统设计[4]，为此，只需以PI调节器的零点抵消电流控制对象传递函数的极点．由此得到PI调节器参数为：其中R为电感和开关管寄生电阻之和．下面考虑对电压外环的设计．因为电压外环通过电流内环而起作用，首先得到id 的闭环表达式．由于二阶项系数较小，在低频区段可以暂时忽略，得到简化的电流环闭环传递函数为：电压外环同样采用PI控制．由于开关频率远高于电网的交流输入电压频率，为了简化控制系统设计，忽略高频分量，只考虑开关量的基波分量，则有：式中θ为开关量的基波初始相位角，m为PWM调制比，取值为3Vref/νdc,Vref 为空间指令电压矢量的幅值．在单位功率因数运行条件下，整流器的输入电流与交流输入电压是同相的交流量，为则三相整流器的输出电流idc可以由开关控制量描述如下（代入（8）（9）两式）：考虑到电压外环的采样延时，结合主电路的小信号模型，得到电压外环控制结构图如下图3所示.其中电压外环被PI调节器整定为Ⅱ型系统.由典型Ⅱ型系统的控制器参数关系[5]可得电压外环的PI调节器参数如下：其中h为中频频宽，ιv为电压外环采样惯性时间常数.SVPWM最先应用于逆变器空间电压矢量的切换，以获得准圆形旋转磁场．它的优点是，在开关频率不高的情况下，不仅在静态，甚至在暂态期间都能形成准圆形旋转磁场．将SVPWM应用于整流器控制之中[7]，主要继承了SVPWM电压利用率高、动态响应快等优点．从前面章节的内外双环可以合成执行SVPWM所需的指令电压空间矢量，执行SVPWM算法即得出开关管的占空时间，从而完成对系统的控制.由于同一桥臂上下管互补导通，三相桥式电压型整流器共有8种工作状态，对应在空间形成6个有效的电压空间矢量V1～V6（幅值为2/3Vdc）和两个零电压空间矢量V0、V7，如图4所示．6个有效的电压空间矢量将整个平面分成6个扇区．SVPWM调制的基本原理是：根据伏秒数相等的原理把指令电压空间矢量分解为所在扇区相邻两个有效电压矢量之和，每个分量的大小表示该电压矢量作用的时间．在图4所示的α、β参考坐标系中，任何电压空间矢量Vref可以表示为：传统的SVPWM算法是利用上式计算Vref所在扇区及其在每个扇区的位置角θ，进而依据三角形正弦定理得出占空时间．然而事实上很难用数字处理器来实现式（14）的算法，因为反正切计算比较复杂，若采用查表法又会浪费大量的存储空间，且适应性较差．下面给出直接利用Vα和Vβ，采用参考电压来判断扇区和计算作用时间的方法.此算法和传统的SVPWM算法是等价的，分为三个步骤：（1）判定指令电压空间矢量Vref所在的区域.首先定义：若Vx＞0，则A=1；否则A=0.若Vy＞0，则B=2；否则B=0.若VZ＞0，则C=4；否则C=0.令sum=A+B+C，则可按照下面表1的关系，由sum值查出当前指令电压空间矢量所在的扇区号.（2）计算相邻电压矢量的作用时间．令：首先按（16）式计算出X、Y、Z的值，再依照扇区号查表1得出两个相邻电压矢量的作用时间T1、T2.（3）过调制处理和占空时间产生如果算出的T1和T2导通时间之和小于等于Ts，则插入零矢量V0或V7，使总的导通时间等于Ts.如果算出的T1和T2导通时间之和大于Ts，这种情况称为过调制，简单的可以用下式来校正：设计完成的三相电压型整流器双环PID数字控制结构图如下图5所示.首先从输入输出信号的A/D采样到电压外环，内电流环id的基准由外电压环产生；iq的基准固定为0；双环系统运算得到了Vcd和Vcq，再由d-q旋转坐标变换到α-β两相静止坐标后，得到了Vα和Vβ，最后经过SVPWM环节即可得出占空时间，用以控制整流器.为了验证上述设计过程的实用性，特对一个主电路设计完备的三相电压型桥式整流器进行仿真验证．整流器的参数见表2.按照表2中的数据，当输出电压采样网络取1/150倍增益时，Kpwm取2．则应用（5）、（6）两式计算得到：Kip=86.7；Kii=6667.电压环中频宽h可取为5；并令外环采样惯性时间常数ιV为Ts，应用（11）、（12）计算得到：计算得到的环路参数未必是最佳的．因为计算中得到的模型是基于稳态运行的，而且忽略了很多因素，实际中对环路的动态调整能力有较高的要求．为此必须在计算参数的基础上，加以手工调试．环路的调试遵循先调节内环，内环得到较为理想的特性后，再对外环进行调整的原则；对单个环路的调试，按照先比例再积分的原则，比例的调整应能快速到达期望的工作点；出于对功率因数校正的要求，输入电流波形也要求为较好的正弦波形，为此积分作用不宜太强，以免造成波形的较大畸变.通过调试，得到如图6的三相桥式电压型整流器的仿真波形，从输出电压Uo的波形可见，无论在稳态或零状态起机，输出电压均可稳定于设定值；由三相的输入电流和输入电压波形的对比，输入电流在SVPWM算法及PI控制下与输入电压保持同相，而且波形接近正弦；三相整流器环路控制两大目标基本得到实现．仿真中采用的PI参数与设计值有一定的偏离．仿真系统Tvs=2000∗TV,Kvs=0.02∗KV,Kips=3∗Kip,Kiis=Kii.从这个比较可以看出，电流环的计算偏差不大．仿真中，电流环采用设计的参数系统可以稳定于预设值，但得到的波形不是最佳，能够作为调试的基准进一步优化；电压环响应的快速会导致电流环基准变化太快，系统不稳定，因此外电压环的比例大幅降低；考虑到要求输入电流为正弦，积分效应也相应减弱，避免带来波形的畸变.总的来说，由于有些设计要求在环路设计中无法预先考虑（如功率因数对输入电流波形要求为正弦形）和一些忽略的因素实际有一定的影响（如对电流内环的简化），导致设计值和实际仿真值具有一定的偏差，但设计值可以为调试提供一个较好的初值．本文系统地给出了结合SVPWM的三相电压型整流器双环PI数字控制设计的全过程，然后用数字仿真对设计进行了验证，并探讨了设计过程与仿真参数存在差异的原因.核心原因在于设计中采用的数学模型与具体电路运行规律之间有较大差异．由于平均模型对系统的动态描述较差，而在多环路设计的过程中对模型有不少近似处理，并且令系统在全负载范围工作良好的参数整定有一定难度.多环路的线性控制设计本身存在一些问题：就控制的本质而言，补偿令系统的阶次升高，响应更加复杂；由于设计中采用近似，外环的特性通常达不到预想；暂态响应时间较长.为提高电路的性能，应充分发挥数字控制芯片的功能，与智能控制相结合，直接运用一些非线性控制方法；这样可以采用更精确的数学模型对环节的非线性特性进行描述，从而得到最优的控制方法.【相关文献】[1]张兴．PWM整流器及其控制策略的研究[D]．安徽合肥：合肥工业大学，2003：61．[2]张波．电力电子学亟待解决的若干基础问题探讨[J]．电工技术学报,2006，21（3）：24-35．[3]高金源，夏洁．计算机控制系统[M]．北京：清华大学出版社，2007：147．[4]王孝武．现代控制理论基础[M]．北京：机械工业出版社，1998：127．[5]王建辉，顾树生．自动控制原理[M]．北京：清华大学出版社，2007：270．[6]YANG Y,KAZERANI M,QUINTANA V H.Modeling,control and implementation of three-phase PWM converters[J].IEEE Transactions on Power Electronics，2003，18：857-864. [7]HABETLER TG.A space vector-based rectifier regulator for AC/DC/AC converters[J].IEEE Trans Power.Electron.1993，8（1）：30-36.。
电力电子系统建模与控制
学院：
专业班级：
学号：
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选题：单相电压型整流器建模与控制
单相电压型整流器
1、设计要求
输入滤波为LCL滤波器，输入电压允许范围180-240V，直流参考电压360V，Po=5KW,LCL参数尽可能小，输入电流畸变率低于5%，电阻性负载，直流电压波动小于10V，50%额定负载功率波动下，直流电压能在30ms内恢复正常
1．1拓扑结构图如下：
LCL滤波器可视为一等效电感L，L=L1+L2,L2=rL1
1.2
如下图LCL滤波器，将电网侧和整流器侧看作电压源，得到等效电路图：
视电网电压Vg为扰动，写出传递函数：
G(s)=I g
U
=
1
L1L2Cs3+(L1+L2)s
存在谐振频率
ω=√L1+L2 L1L2C
2、单相电压型整流器控制设计
一般使用电流内环，电压外环，使直流输出保持在设定值，网侧电流幅值和相位保持与电压同相位。
2.1、电流内环：
对于PWM采用双极性调制，使用开关逻辑函数来表示开关的工作状态
s(t)={1 Q1,Q4导通
−1 Q2,Q3导通
网侧电压和网侧电流满足：
u ab=v dc s(t)
i dc=i s s(t)
通过对i s∗−i s得到的偏差进行PI控制，控制器输出PWM的调制比，实现对网侧电压的控制，实现对网侧电流的控制。
画出控制框图如下图：
2.2、电压外环：
将直流侧电压与电压设定值比较得到偏差，然后进行PI控制，输出电流内环电流的幅值。
为方便，将电流内环的传递函数记为
ωci(s)。
为了进行单位功率因数整流，需要对电流内环的输入电流进行相位控制。
令i s∗=I m sin (wt+φ),
直流侧电流方程为
i dc=i c+i L=c dv dc
dt
+i L
拉氏变换得
I dc(s)−I L(s)
V dc(s)=
1 Cs
画出控制框图：
3、参数计算
3.1、直流侧电容
作用：抑制直流电压纹波
VSSR交流侧的瞬时功率分为直流部分和交流部分
直流侧瞬时功率分负载消耗的平均功率和纹波电流流过电容的纹波
功率
u dc=−
UI
4ωCU dc
cosφsin (2ωt)
取直流侧电容C=4500μF 3.2、LCL参数计算
L1=V in T sw 8λc I1
L1max=λv_L1V c ω0
C=λc
P0ω0V g2
L2=
1
L1Cωℎ2−1
×(L1+
|V inv(jωℎ)|
ωℎλℎI2
)ωr=√
L1+L2
L1L2C
I1=√I c2+I22=√(ω0C×V g)2+I22
根据要求，取λc=3%，λℎ=0.2%,λv_L1=5%,输入电压有效值为220V，频率50Hz，输出电压360V，输出功率5kW，开关频率20kHz，计算
L1=600μH,L2=150μH,C f=10μF
4、Simulink仿真：
仿真结果：
输入电流畸变率
电压波动。
