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三相电压型PWM整流的新型双闭环控制策略一、本文概述随着电力电子技术的快速发展，三相电压型PWM整流器因其高效率、高功率因数以及优良的电能质量调节能力，在电力系统中得到了广泛应用。
然而，传统的三相电压型PWM整流器控制策略在复杂多变的电网环境下往往难以达到理想的性能。
因此，研究并开发新型的控制策略，以提高整流器的稳定性和动态响应能力，具有重要的理论价值和实际应用意义。
本文提出了一种三相电压型PWM整流的新型双闭环控制策略。
该策略结合了传统的电压外环和电流内环，通过引入一种新型的非线性控制算法，实现了对整流器输出电压和电流的精确控制。
同时，该策略还考虑了电网电压的波动和负载变化的影响，通过动态调整控制参数，保证了整流器在各种工况下的稳定运行。
本文首先介绍了三相电压型PWM整流器的基本原理和传统的控制策略，然后详细阐述了新型双闭环控制策略的设计和实现过程。
接着，通过仿真和实验验证了该控制策略的有效性和优越性。
对本文的研究成果进行了总结，并对未来的研究方向进行了展望。
本文的研究工作为三相电压型PWM整流器的控制策略提供了新的思路和方法，对于提高整流器的性能和稳定性，推动电力电子技术的发展具有积极的意义。
二、三相电压型PWM整流器的基本原理三相电压型PWM整流器是一种能够实现AC到DC转换的电力电子设备，其基本原理基于PWM（脉冲宽度调制）技术和三相电力电子变换技术。
该整流器主要由三相桥式电路、PWM控制器和滤波电路组成。
三相桥式电路由六个开关管（通常是IGBT或MOSFET）组成，分为上桥臂和下桥臂，每相上下各两个开关管。
通过控制这些开关管的通断状态，可以实现AC电源与直流负载之间的能量转换。
当开关管导通时，相应的相线与直流侧正极或负极相连，形成通路；当开关管关断时，相线与直流侧断开。
PWM控制器是整流器的核心部分，负责生成控制开关管通断的信号。
控制器根据输入的电压和电流信号，以及设定的控制策略，计算出每个开关管应该导通的时间，从而生成PWM信号。
第44卷第17期电力系统保护与控制V ol.44 No.17 2016年9月1日Power System Protection and Control Sep. 1, 2016 DOI: 10.7667/PSPC151638LCL并网逆变器的电流双闭环控制刘文军1，周 龙2，陈 剑1，唐西胜2，宋 毅3，何禹清1(1.国网湖南省电力公司经济技术研究院，湖南 长沙410004；2.中国科学院电工研究所，北京100190；3.国网北京经济技术研究院，北京102209)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。
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Control method for grid-connected inverter with LCL filter by employing dual current closed-loopsLIU Wenjun1, ZHOU Long2, CHEN Jian1, TANG Xisheng2, SONG Yi3, HE Yuqing1(1. Hunan Electric Power Corporation Economical & Technical Research Institute, Changsha 410004, China;2. Institute of Electrical Engineering Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China;3. State Power Economic Research Institute, Beijing 102209, China)Abstract: A LCL filter is adopted as an interface between grid-connected inverter and power grid. The mathematicalmodel of the LCL filter is built, and then a control method for grid-connected inverter with a LCL filter is proposed.This control method employs an external grid-side current loop and an internal inverter-side current loop. And thiscontrol method can not only protect power switches effectively, but also ensure the system stability and high in-gridpower factor. Based on the Hurwitz stability criterion and Lienard Chipart stability criterion, the design method ofcontroller parameters in inner and outer loops is derived. Simulations and experiments of grid-connected inverter ingrid-connected mode are conducted. Simulation and experimental results validate the correctness and feasibility of theproposed method.This work is supported by National Natural Science Foundation of China (No. 51207156).Key words: grid-connected control; grid-connected inverter; dual closed-loop control; LCL filter; power factor0 引言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。
三相电压型PWM整流器控制策略及应用研究一、概述随着电力电子技术的快速发展，三相电压型PWM（脉冲宽度调制）整流器作为一种高效、可靠的电能转换装置，在电力系统中得到了广泛应用。
其不仅能够实现AC（交流）到DC（直流）的高效转换，还具有功率因数高、谐波污染小等优点，对于改善电网质量、提高能源利用效率具有重要意义。
对三相电压型PWM整流器的控制策略及应用进行深入研究，对于推动电力电子技术的发展和电力系统的优化升级具有重要意义。
三相电压型PWM整流器的控制策略是实现其高效稳定运行的关键。
目前，常用的控制策略包括基于电压矢量控制的直接电流控制、基于空间矢量脉宽调制的间接电流控制等。
这些控制策略各有优缺点，适用于不同的应用场景。
需要根据实际应用需求，选择合适的控制策略，并进行相应的优化和改进。
在实际应用中，三相电压型PWM整流器被广泛应用于风力发电、太阳能发电、电动汽车充电站等领域。
在这些领域中，整流器的稳定性和效率对于保证整个系统的正常运行和提高能源利用效率具有至关重要的作用。
对三相电压型PWM整流器的控制策略及应用进行研究，不仅有助于推动电力电子技术的发展，还有助于提高能源利用效率、促进可再生能源的发展和应用。
本文将对三相电压型PWM整流器的控制策略及应用进行深入研究。
介绍三相电压型PWM整流器的基本原理和常用控制策略分析不同控制策略的优缺点及适用场景结合实际应用案例，探讨三相电压型PWM整流器的优化改进方法和发展趋势。
通过本文的研究，旨在为三相电压型PWM整流器的设计、优化和应用提供理论支持和实践指导。
1. 研究背景与意义随着全球能源危机和环境污染问题日益严重，可再生能源的利用与开发已成为世界各国关注的焦点。
作为清洁、可再生的能源形式，电能在现代社会中发挥着至关重要的作用。
传统的电能转换和利用方式存在能量转换效率低、谐波污染严重等问题，严重影响了电力系统的稳定性和电能质量。
研究高效、环保的电能转换技术具有重要意义。
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。
双馈风力发电系统负载并网控制谈立;阮毅;赵梅花;葛凯【摘要】介绍了双馈风力发电系统负载并网的控制策略及实现方法.分析了双馈电机负载并网的基本原理,采用按电网电压定向的负载并网控制方案.通过功率、电流双闭环的稳态控制策略,研究分析双馈电机定子侧、负载与电网三者之间的功率流向关系.构建了基于英飞凌XC2785单片机的试验平台.试验结果表明:负载并网控制能很好地实现定子电压对电网电压的快速跟随,并网瞬间冲击电流几乎为零,实现了发电系统的柔性并网.【期刊名称】《电机与控制应用》【年(卷),期】2014(041)003【总页数】5页(P32-35,41)【关键词】双馈感应电机;负载并网;电网电压定向;冲击电流【作者】谈立;阮毅;赵梅花;葛凯【作者单位】上海大学机电工程与自动化学院,上海200072;上海大学机电工程与自动化学院,上海200072;上海大学机电工程与自动化学院,上海200072;上海大学机电工程与自动化学院,上海200072【正文语种】中文【中图分类】TM621.6;TM6140 引言变速恒频发电技术因具有易实现最大风能跟踪、四象限有功和无功功率调节及柔性并网等优点受到了广泛关注，并越来越多地应用于大型风力发电系统中[1]。
在变速恒频风力发电方案中通常选用双馈发电机(Doubly Fed Induction Generator, DFIG)来实现系统变速恒频运行[2-3]。
随着双馈风力发电机组单机容量越来越大，若直接并网或解列会产生较大的冲击电流，损坏发电系统部件，甚至威胁电网的正常运行，故有效抑制冲击电流，实现柔性并网与解列是十分必要的。
双馈风力发电柔性并网常用空载并网与负载并网两种方法[4-6]。
与空载并网不同，负载并网定子侧接有三相对称负载，并网前定子侧与转子侧同时参与励磁控制，定子绕组有电流通过。
本文分析了负载并网的基本原理，研究了并网后定子、负载和电网三者之间的功率关系。
根据负载并网的数学模型，采用电网电压定向的矢量控制策略，构建了基于英飞凌XC2785单片机控制的双馈风力发电系统负载并网试验平台。
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。
基于双闭环策略的光伏并网逆变器鲁棒H∞控制吴钢;黄存荣;王冰;荣军峰【摘要】光伏并网系统中,为了抑制逆变器参数不确定和外界干扰对输出电能的影响,提出了鲁棒双闭环控制策略.首先设计电压环线性化自抗扰鲁棒控制器,以稳定直流侧母线电压;其次建立系统电流环的广义参数不确定模型,并利用LMI设计了电流环鲁棒H∞控制器,实现对逆变器有功电流和无功电流的精确控制.通过仿真与传统PI控制方法进行比较,验证了该控制策略可以有效地消除模型不确定因素和外界扰动对系统输出性能的影响,增强光伏并网系统的鲁棒稳定性.【期刊名称】《可再生能源》【年(卷),期】2015(033)004【总页数】7页(P510-516)【关键词】光伏并网逆变器;参数不确定;外界干扰;H∞控制;鲁棒性【作者】吴钢;黄存荣;王冰;荣军峰【作者单位】江苏方天电力技术有限公司,江苏南京211102;河海大学能源与电气学院,江苏南京211100;河海大学能源与电气学院,江苏南京211100;河海大学能源与电气学院,江苏南京211100【正文语种】中文【中图分类】TM615光伏并网逆变器是光伏并网系统的核心部件，它影响着整个光伏并网系统的稳定、安全、高效运行，其输出的并网电流会直接影响电网的电能质量[1]。
当前，针对光伏并网逆变器的特征提出了各种控制方法，如空间矢量控制、PI控制、状态反馈线性化、滑模控制等[2]～[5]，这些控制策略虽然可以实现对光伏并网逆变器的良好控制，但并未全面考虑到逆变器参数不确定性和外界干扰的影响，扰动抑制效果欠佳，鲁棒性能较差。
本文采用鲁棒双闭环控制策略来解决这一问题。
电压外环采用线性化自抗扰控制策略以稳定直流侧母线电压[6]。
本文重点设计电流内环鲁棒H∞控制器以实现对并网电流的有效控制，鲁棒H∞控制理论作为现代控制理论中的一种重要方法，对外部扰动和模型参数不确定性具有较强的抑制能力[7]～[9]。
本文根据光伏并网逆变器的数学模型建立了电流环系统广义参数不确定性模型，并利用线性矩阵不等式（Linear Matrix Inequality,LMI）推导出鲁棒H∞控制器的设计方法，实现了对有功电流和无功电流的有效解耦控制，增强了系统的鲁棒性能。
LCL型并网逆变器双闭环控制方法的研究杜志华【摘要】在并网逆变器中,LCL滤波较L滤波具有更好的滤波效果,但LCL型并网逆变器为三阶系统,在谐振频率处存在谐振尖峰,易发生谐振,采用入网电流直接闭环控制很难抑制谐振尖峰.采用电容串联电阻的无源阻尼方法,能抑制阻尼,但损耗较大.针对该情况,提出并网电流瞬时值外环,电容电流瞬时值内环的双环控制方法.在理论方面详细分析了电容电流内环能够抑制谐振尖峰,提高系统稳定性,入网电流外环能够实现对入网电流的直接控制.通过仿真和实验,结果表明该方法能够有效抑制电网电流谐振,提高并网电流的稳态控制精度.【期刊名称】《机械管理开发》【年(卷),期】2015(030)009【总页数】5页(P37-40,43)【关键词】LCL滤波器;并网逆变器;电流双闭环;电容电流反馈【作者】杜志华【作者单位】煤炭工业太原设计研究院,山西太原030001【正文语种】中文【中图分类】TM464引言随着世界经济的迅猛发展，世界各国对能源需求急剧增长，导致以煤、石油、天然气为主的传统能源面临枯竭，而以太阳能、风能、生物能为主的可再生能源清洁无污染，只要合理利用就能够满足全球50%的能源需求。
并网逆变器是新能源并网的接口装置［1－2］，将可再生能源转换为电网能接纳的电能。
理想的入网电流是完美的正弦波，较低的总谐波失真（total har monic distortion，T HD）是并网逆变器控制所追求的目标。
为了降低入网电流的T HD，逆变器拓扑需包含滤波环节。
并网逆变器滤波器一般有L和LCL两种类型［3－6］。
单L滤波器结构简单，控制容易，但高频谐波衰减能力不强；LCL滤波器对高频分量呈高阻抗，能够很大地衰减高频谐波电流，但该系统为三阶系统，存在谐振峰，对系统的控制策略提出更高的要求。
采用单环入网电流直接来对并网逆变器进行控制，系统存在谐振尖峰，导致系统不稳定［7－8］。
电容两端串联电阻的方法，可以有效抑制谐振尖峰，但降低了滤波器的高频滤波效果，增加了系统的损耗［9］。
基于电网电压定向的双闭环并网控制策略
在单级式并网系统中，由于没有前级，无法实现直流母线电压的稳定，因此需通过并网逆变器实现直流母线电压的控制，故采用电压外环，电流内环的双闭环控制策略。
电压外环的作用是稳定直流母线电压，可通过引入一个PI 调节器实现无静差控制，其给定为MPPT 输出的最大功率点电压。
电流内环分为有功电流内环和无功电流内环，分别引入一个PI 调节器控制。
有功无功电流的分离可以通过电网电压定向的矢量控制实现，所谓电网电压定向即在同步旋转坐标系下，电网矢量E 与d 轴重合。
基于电网电压定向的三相VSI 的输出电流矢量图如图3-4所示，图中，I 为逆变器侧电流矢量，E 为电网矢量，e α、e β 为电网电压矢量E 在静止坐标系下的分量，i α、i β分别为逆变器侧电流矢量I 在静止坐标系下的分量，i d 、i q 分别为逆变器侧电流矢量I 在旋转坐标系下的分量。
图3-4 基于电网电压定向的三相VSI 的输出电流矢量图
电网电压定向后，有e d =|E |，e q =0 ，结合瞬时功率理论，可得电网有功功率和无功功率的表达式如式(3-4)，从该式可知，若电网电压不变，则可以通过i d 和i q 间接控制并网的有功功率和无功功率。
()()⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
=-==+=q d d q q d d d q q d d 23232
323i e i e i e q i e i e i e p (3-4)
直流侧输入有功功率dc dc u i p =，不考虑逆变器损耗，则根据上式可得式(3-4)。
从该式可知，直流侧电压u dc 可通过交流侧电流i d 控制，即电压外环的输出可以作为有功电流
的给定i d *。
d d dc dc 2
3
i e u i p == (3-4)
（1）电流内环的设计
电流内环在dq 静止坐标系下进行设计，在dq 静止坐标系下有以下关系
⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣
⎡+-+=⎥⎦⎤⎢⎣⎡q d q d q d v v i i R Lp L L R Lp e e ωω (3-5) 式中，e d 、e q 电网电压E 在d 、q 轴上的分量；i d 、i q 分别为逆变器桥臂侧电流矢量I 在d 、q 轴上的分量；v d 、v q 分别为逆变器桥臂电压矢量V 在d 、q 轴上的分量；p 为微分算子。
从式(3-5)可以看出，电流在d 、q 轴上的分量是互相耦合的，为实现解耦控制， 采用前馈解耦控制策略。
电流内环采用的是PI 调节器，则v d 、v q 的控制方程 q d q *
q I P q ))((e Li i i s
K K v i i +--+
-=ω(3-6) d q d *
d I P d ))((
e Li i i s
K K v i i ++-+
-=ω(3-7) 式中， i d *、i q *分别为电流i d 、i q 的给定值；K i P 为比例增益；K i I 为积分增益。
根据式(3-6)、(3-7)，可以画出如图3-5所示的电流内环控制结构。
i d *由电压外环的输
出给定，i q *给定值为0，i d 、i q 由两个相同的PI 调节器独立控制。
图3-5 电流内环控制结构
根据电流内环的控制结构，可以画出其控制框图，如图3-6。
该框图不考虑电网电压扰动，采样保持器用一个小惯性环节)1(1s +s T 代替，T s 为开关管采样周期，逆变器也可以等效为一个小惯性环节，时间常数为采样周期T s 的一半，设逆变器的增益为K PWM ，则逆变器环节可以等效为)15.0(s PWM +s T K 。
图中，I P i i i K K =τ。
图3-6 电流内环控制框图
电流内环按典型I 型系统设计，令τi =L/R ，并合并小时间常数，则根据图3-6的控制框图，可得电流内环的开环传递函数W oi 为
)
15.1(S PWM
P +=
s T s R K K W i i oi τ(3-8)
按照典型I 型系统最优参数设计原则，令阻尼比ξ=时，可得最优控制效果，此时可得K i P 、K i I 数值
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
===PWM s P I PWM
s P 33K T R K K K T R K i i i i i ττ(3-9) (2)电压外环的设计
在对电压外环进行设计时，需考虑电流内环的影响。
根据前面得出的电流内环开环传递函数，在开关周期T s 较小时，可以将其闭环传递函数W ci 简化为式(3-10)，从该式可看出，电流内环相当于一阶惯性环节。
s
T W ci s 311
+=
(3-10)
在稳态时，直流母线电压为U dc ，结合式(3-4)，可以推出直流侧电流i dc 与电流内环输出电流i d 的关系为
d dc
d
dc 23i U e i =
(3-11) 考虑电压外环的采样周期，需在电压外环的控制结构中，加入一小时间常数的惯性环节。
这样就可以画出电压外环的控制框图，如图3-7所示。
图中，T u 为电压外环采样时间常数；K u P 为电压外环比例增益； τu 积分时间常数，τu =K u P /K u I ，K u I 为积分增益；C 为直流母线侧电容。
图3-7 电压外环的控制框图
将电压外环采样时间常数T u 与电流环的惯性环节3T s 合并，可以得到等效时间常数s e 3T T T u u +=。
根据图3-7电压外环控制框图，可以得到其开环传递函数为
)
1(2)
1(3e 2
dc d P o ++=
s T Cs U s e K W u u u u u ττ(3-12)
由式3-12可知，电压环为典型II 型系统，设h 为中频带宽，则有
u
u
T h e τ=
(3-13)
d
e dc P 3)
1(e hT h CU K u u +=
(3-14)
当h =5时，可以得到最优控制，此时电压外环的PI 调节器的比例增益和积分增益分别为
dc P e d
P dc
I 2e d 25225u u u u u u CU K T e K CU K T e τ⎧=⎪⎪⎨
⎪==⎪⎩
(3-15)。
