风力发电并网逆变器双闭环PI调节器的设计_戴金水
直驱永磁风电系统中并网逆变器PI参数设计
式（ １ ． ３ ） 中， “ 表 示 的 是有 功 电压 ， ｕ 。 表 示 的是 无 功 电压 ， 设计 要求 无 功 功 率 为零 ， 使有功功率最大，
所以／ Ｚ 为零 。 根据式 （ ． １ ． ３ ） ， 可 引 入 双 闭环 控 制 外 环 参 数 定
式（ １ ． １ ） 所示。
ｄ ／ ｄ
出
ｄ ／ ｑ
一
÷ Ｌ ０
ｃ
第一作者简介 ： 李鹏飞 （ １ ９ ８ ７ 一） ， 男， 黑龙 江省人 ， 硕 士研 究生 ， 研究
方 向： 电力 电子与 电力传动 。 ｄ 也
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通信作者 简介 ： 赵
统模 型 ， 并在 此基 础上进行简 化及 合理 变换 ， 运 用 改进 的二 阶法 推导 出双 闭环 控制 时的 Ｐ Ｉ 调 节器参 数计 算公 式。最 后在 ＭＡ Ｔ Ｌ ＡＢ ／ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ｉ ｎ ｋ中搭建平 台进行仿真 ， 并与传 统方法的结果相 比较 ， 验证 其精 确性和正确性。
第１ ３卷
第 ２期
２ ０ １ ３年 １ 月
科
学
技
术
与３ Ｎｏ ． ２ Ｊ ａ ｎ ．２ ０ １ ３
１ ６ ７ ｌ 一１ ８ １ ５ （ ２ ０ １ ３ 、 ０ ２ — ０ ３ １ ９ — ０ ６
Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
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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 ：２ ９ ２ １ （０ ２０ — ０ ９ ０ Ｔ ６ Ａ ０ １ — ７ ３２ １）３ ０ １ — 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 Ｌ Ｌ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 ，Ｃ Ｌ Ｌ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 。
ＺＨＯＵ ｅ Ｘｕ —ｍｅ ，ＸＵＥ Ｓ － ｏ ｇ，ＣＨＥＮ －ｈ ｉ ＵＮ ａ ｉ ｈｉ ｌ ｎ Ｙｉ ｕ ，Ｓ Ｃｈ ｏ，ＬＩ Ｘｕ Ｕ ｎ
（ ｏｉ ｉ Ｅ ｇ ｅ ｒ ｇＣ ｌ ｇ ，ｈ ｎ ｈ ｉ ａｉｍｅＵ ｉ．Ｓ ａ ｇ ａ ２ １ ０ ） Ｌ ｇｓ ｃ ｎ ｉ ｅｉ ｏ ｅｅ Ｓ ａ ｇ ａ Ｍ ｒ ｉ ｎｖ，ｈ ｎ ｈ ｉ ０ ３ ６ ｔ ｎ ｎ ｌ ｔ
国鼷 锗
基于 Ｐ Ｒ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
２ １０ ） ０ ３ ６
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
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｂｅ ａ ｓ ｈ ｒ ｄｔｏ ａ Ｉｃ ｎ ｒ ｌ ｒｏ ｒ — ｏ ｎ ｃｅ ｎ ｅ ｔｒ ｃ ｎ ｔｏ ｔｉ ｅ ｏ ｓｅ ｄ — ｔ ｔ ｒ ｒ ｄ ａ — ｏ ｐ ｃ ｕ ｅ ｔ ｅ ｔａ ｉ ｎ ｌＰ ｏ ｔｏｌ ｆｇ ｉ ｃ ｎ ｅ ｔｄ ｉ ｖ ｒｅ ａ ＇ ｂ ａ ｎ ｚ ｒ ｔａ ｙ ｓａｅ ｅｒ ． ｕ ｌ ｌｏ ｉ ｅ ｄ ｏ ｃ ｎ ｒ ｌ ｓ ａ ｅ ｙ ｗｉ ｒ ｕ ｒ ｎ ｏ ｔ ｌ ｏ ｔｒ ｌｏ ａ ｅ ｎ Ｐ ｏ ｔｏｌ ｒ ａ ｄ ｃ ｒｅ ｔ ｃ ｎ ｒ ｌ ｉ ｎ ｒ ｌｏ ａ ｅ ｎ ｏ ｔｏ ｔ ｔ ｇ ｔ ｇ ｉ ｃ ｒｅ ｔ ｃ ｎｒ ｕ ｅ ｏ ｐ ｂ ｓ ｄ ｏ Ｒ ｃ ｎ ｒ ｌ ｎ ｕ ｎ ｏ ｔｏ ｎ ｅ ｏ ｐ ｂ ｓ ｄ ｏ ｒ ｈ ｄ ｏ ｅ ｃ ｐ ｃ ｔｒ ｃ ｒｅ ｔｉ ｐ ｏ ｏ ｅ ｎ ｔ ｉ ｐ ｐ ｒ ｏ ｍｏ ｅ ｎ ｎ ｌ ｓｓｔ ｅ ｓａ ｉ ｔ ｆｔ ｅ ｃ ｎ ｒ ｌｓ ｓｅ ａ ｌ ａ ｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ａ ａ ｉ ｕ ｒ ｎ ｓ ｒ ｐ ｓ ｄ ｉ ｈ ｓ ａ ｅ ． ｄ ｌａ ｄ ａ ａ ｙ ｉ ｔｂ ｌ ｙ ｏ ｏ ｔ ｙ ｔ ｍ， ｓｗｅｌ ｓ ｄ ｓｇ ｈ ｏ Ｔ ｈ ｉ ｈ ｏ ｐ ｒ ｍｅｅ ｓ ｔ ｅ ｓｍｕ ａ ｉｎ ｍｏ ｅ ｓｃ ｎ ｔ ｃｅ ｏ ｖ ｒｆ ｈ ｈ ｏ ｅ ｉａ ｎ ｌｓｓＴ ｅ ｒ ｓ ｌ ｓ ｏ ｓ ｔａ ｈ ｓ ｃ ｎ ｒ ｌ ｔ ｔｇ ａ ａ ｔｒ ， ｉ ｌｔ ｄ ｌｉ ｏ ｓ ｕ ｔｄ ｔ ｅ ｉ ｔ ｅ ｔ ｅ ｒ ｔ ｌ ａｙ ｉ． ｈ ｅ ｕｔ ｈ ｗ ｈ ｔｔ ｉ ｏ ｔｏ ｒ ｅ ｙ ｈ ｏ ｒ ｙ ｃ ａ ｓａ ｃ ｎ ｎ ｔ ｎ ｙ ｄ ｏ ｓａｉ ｒ ｃ ｏ ｔ ｅ ａ ｉｎ ， ｕ ｌｏ ｈ ｓａ ｃ ｒ ｔ ｒ ｃ ｉ ｇ ａ ｉ ｔ ｏ ａ ｍｏ ｉ． ａ ｏ ｌ ｏ ｎ ｔｔ ｔａ ｋ ｔ ｈ ｃ ｓｇ ａ ｂ ｔ ｓ ａ ｃ ｕ ａ ｅｔａ ｋ ｎ ｂ ｌ ｙ ｆ ｒ ｒ ｎ ｃ ｏ ｃ ａ ｉ ｈ Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｇ ｄ ｃ ｎ ｅ ｔｄ ｉｖ ｒ ｒ Ｐ ｏ ｔ ｌ ｒ ｄ ａ － ｏ ｐ ｃ ｎ ｒ ｌ ｎ ｔｔ ｔ ｃ ｙ ｒ ｓ ｒ — ｏ ｎ ｃｅ ｎ ｅ ｔ ； Ｒ ｃ ｎｒ ｌ ； ｕ ｌ ｌｏ ｏ ｔ ； ｏ ｓａｉ ｒ ｋ ｉ ｅ ｏｅ ｏ ｃ ａ
逆变器电压电流双闭环控制系统设计
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。
PI调节控制器用于双馈风电机组的功率控制策略研究
PI调节控制器用于双馈风电机组的功率控制策略研究
作者：刘超王世荣刘芳园杨帅
来源：《电子技术与软件工程》2016年第10期
摘要本文提出了一种基于PI控制器利用非线性单纯形算法的功率控制策略，通过该控制器对控制参数进行优化，再结合变桨距控制法，实现对双馈风电机组功率的有效控制。
经仿真结果证明，利用该控制器可以改善双馈风电机组功率控制系统的各项动态性能，提高控制精度，且具有良好的鲁棒性。
【关键词】双馈发电机功率控制 PI控制器非线性单纯行算法变桨距控制。
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。
双闭环调速系统PID调节器的设计
1 双闭环调速系统 PID 调节器的设计
111 对象的数学模型
38
苏州丝绸工学院学报 第 5 期
τ1 = 5 ×2 ×0. 00167 = 0. 0167 S
Kn
=
( h + 1)βCe Tm 4 hαRTS
=
(5 + 1) ×0. 5747 ×0. 132 ×0. 16 4 ×5 ×0. 00333 ×5. 26 ×0. 00167
成典型 Ⅱ型系统 ,转速调节器 ASR 应采用 PID 调节器 ,其传递函数为
WASR ( S )
=
Kn
(τ1 S
+ 1) (τ2 S τ1 S
+ 1)
让调节器零点对消掉对象的较大时间常数极点 ,选择
τ2 = Ton = 0. 005 S
(9)
这样 ,调整系统的开环传递函数为
Wn ( S)
=
KnαR (τ1 S + 1) τ1βCe TmS2 (2 TSS +
表 1 双闭环调速系统性能指标比较表
调节器类型 负载 (A) tr (S)
tp (S)
Po ( %) ts (2 %) (S)
- 8. 7
1. 307
1. 352
2. 453
1. 373
Ⅰ
- 4. 35 0. 712
0. 7574. 4970. 源自0400. 489
0. 533
按工程设计方法设计双闭环系统的调节器(转速调节器和电流调节器)
Id=Idm n=n*
在ASR退饱和后，转速环恢复到线性范围内运行，其结构图如图2-26b。描述系统的微分方程和前面分析线性系统跟随性能时完全一样，只是初始条件不同了。
图2-26b
分析线性系统跟随性能时，初始条件为
3）小惯性环节近似处理
Ts和T0i一般都比Tl小得多，可以当作小惯性群而近似地看作是一个惯性环节，其时间常数为
T∑i=Ts+Toi（2-55）
简化的近似条件是什么？
（2-56）
2.
电流调节器结构的选择
典型系统的选择
从稳态要求上看，希望电流无静差，以得到理想的堵转特性，由图2-23c可以看出，采用I型系统就够了。
转速超调量不是按线性系统规律的超调，而是经历了饱和非线性区域之后的超调。可以称作“退饱和超调”
3
有关“退饱和超调”的分析p84-85
退饱和超调量显然会小于线性系统的超调量，但究竞是多少，要分析饱和非线性的动态过程才能知道。
对于这一类非线性问题，可采用分段线性化的方法，按照饱和与退饱和两段，分别用线性系统的规律分析。
1确定时间常数
2选择转速调节器结构
3计算转速调节器参数
4检验近似条件
5计算调节器电阻和电容
6校核转速超调量
例2-3
解:
2.系统设计原则
系统设计的一般原则--“先内环后外环”从内环开始，逐步向外扩展。
在这里，首先设计电流调节器，然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节，再设计转速调节器。
Q1
电流调节器的设计
设计分为以下4个步骤：
1.电流环结构图的简化
逆变器电压电流双环控制设计及研究
逆变器电压电流双环控制设计及研究孙静;曹炜;苏虎;杨道培【摘要】在三相逆变器系统中,设计了电流内环、电压外环PI-PI控制器.根据逆变器及其控制系统的结构建立了双环控制系统简化数学模型,确定了传递函数.引入工程算法设计了电流内环,用bode图、阶跃响应优化了电流内环和电压外环的设计参数.将PI-PI控制系统置于Matlab/Simulink中进行时域仿真,对比分析了该控制系统与P-PI控制系统的性能.结果表明,所设计的PI-PI控制系统提高了逆变器系统稳态性能,改善了电压质量,限制了短路电流大小.【期刊名称】《上海电力学院学报》【年(卷),期】2015(031)002【总页数】6页(P121-126)【关键词】PI-PI控制;工程算法;bode图;阶跃响应;电压质量;过流限制【作者】孙静;曹炜;苏虎;杨道培【作者单位】上海电力学院电气工程学院,上海200090;上海电力学院电气工程学院,上海200090;上海电力学院电气工程学院,上海200090;上海电力学院电气工程学院,上海200090【正文语种】中文【中图分类】TM464;TM933.4微网通常使用可再生能源以及能够提高能源利用效率的燃气冷热电三联供发电.为使微网具有更好的控制性能，微网中也普遍配置储能装置.上述装置通常使用逆变器将直流或其他频率的交流转换为工频交流后再接入微网，并对其输出电压、电流波形有较高要求.高质量的波形要求逆变器系统在保证稳态性能的同时，还要保证总谐波畸变率(即THD)尽可能的低.许多文献都采用电流P和电压PI的双环控制策略，但是此控制策略不能减小电流的稳态误差，THD相对较大，而且当系统出现大扰动或者短路情况时起不到限流的作用.[1-2]文献[1]基于状态空间理论提出了一种新的电流PI和电压PI的双环控制策略(即PI-PI);文献[3]对双PI控制系统直接离散化后利用极点配置的方法设置了控制系统参数，分析了在空载、满载、过载时PI-PI控制的时间响应;文献[4]基于状态空间算法在单相逆变器下对比分析了P-PI 控制策略与PI-PI控制策略的THD和电流峰值.本文首先对三相对称逆变器系统进行d-q轴完全解耦，然后将工程方法与bode 图相结合，设计分析了PI-PI控制器的各个参数，使等效输出阻抗成感性.[5-6]时域仿真结果验证了该设计在负荷变动时能够保证系统的电压、总谐波畸变率在要求的范围内，从而改善了电压质量，提高了系统的稳态性能.此外，当微网系统发生短路时也能有效地控制短路电流.1 逆变器及其控制系统本文采用三相逆变器，其原理如图1所示，主要包括空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM)模块、LC 滤波器、双环控制模块等. 图1 逆变器及其控制系统示意注:L—滤波电感;C—滤波电容;Rn—负荷;Ud—负载电压;iod—负载电流—d轴参考电压;—q轴参考电压.SVPWM算法简单且适合数字化实现，可以减少逆变器输出电压的谐波，提高对电压源逆变器直流供电电源的利用率.[7-8]逆变器的输出电压会在开关频率处产生谐波，需要采用滤波器加以滤除.滤波器参数选为L=3 mh，C=1 500 μF，保证滤波电感上的压降不超过系统电压的3%.[9-11]本文重点探讨电压电流双环控制模块的设计和参数设置.2 电压电流双环控制模块设计对于整个逆变电源系统，控制系统与主电路同样重要，只有这两部分相互配合，共同正常工作，才能构成高性能的逆变系统，输出较高质量的波形.本文的电压电流双环控制系统采用 PI-PI控制器，利用工程设计方法与bode图及阶跃响应曲线相结合的方式，对控制系统的参数进行设计.2.1 双环解耦设计本文所研究的abc三相逆变器数学模型是多输入多输出系统，为了有效调节逆变器输出的有功功率和无功功率，需要引入坐标变换，将abc三相模型转换到两相d-q坐标系下，但电压、电流在d轴和q轴间存在严重耦合.在电流解耦时，文献[12]和文献[13]经过分析计算，将d轴的电感电流耦合量ildωL叠加到q轴的电压上，以消除控制对象中d轴电感电流对q轴电压的影响;在电压解耦时，采用的是完全解耦法，[14]即将uodωC乘上一个控制量 Q(S)，[12](其中 Q(S)满足Q(S)/(Ls+r)=1)，以消除控制对象中d轴电压对q轴电流的影响.由于d轴和q轴是对称的，q轴的电压、电流对d轴电流、电压的影响亦用此方法解耦.2.2 双环控制参数的设计电压电流双环控制均采用PI-PI控制器，如果按常规方法设计其参数，需考虑两个控制器之间的响应速度、频带宽度的相互影响与协调等，控制器设计步骤复杂，还需要反复试凑验证.因此，本文的电流内环采用工程设计方法以降低计算的复杂性，电压外环采用频域bode图与阶跃响应相结合的方法以减少实验过程中反复试凑验证的次数.2.2.1 工程设计算法原理工程设计算法一般是用系统的开环传递函数来确定闭环系统的参数，使闭环系统具有良好的稳定性.一般来说，控制系统的开环传递函数为:式中:K——开环增益;τ，T——时间常数;分母中的s——该系统在原点处有r重极点，根据 r=0，l，2，3…的不同数值，分别称作0型、1型、2型、3型……系统，为了保证稳定性和较好的稳态精度，多用1型和 2 型系统.[15]典型1型系统的传递函数为:式(2)中有两个参数:开环增益K和时间常数T，T是系统固有的，所以只要调节K，就可以调整系统的超调量与动态响应，一般取 K=0.5.[15]典型2型系统的传递函数为:引入中间变量h:式中:h——伯德图－20 db/dec的中频段的宽度.由工程经验数据可知，h的取值应在2～10，当h变大时，系统的超调量会减少，但响应速度也会相应降低.如果既要保证系统的超调不会很大，又保证系统的快速性，可取h=5左右.2.2.2 电流内环设计很多文献中电流环都采用P控制器，但该控制器电流环存在稳态误差，而且在短路时起不到限流的作用.本文的电流环采用PI控制器，使其在保证响应速度、提高电流环控制精度的同时，在短路时还能起到限流的作用.d轴和q轴进行完全解耦后，两轴均为对称的.将图1中逆变器、LC滤波器、SVPWM模块、电流环进行等效简化，d轴简化后的控制原理框图如图2所示.根据对称原理，相应的q轴原理图与其相仿.图2的开环的传递函数模型可表示为:式中:K ip——PI中的积分系数;K i——PI中的比例系数;Ts——调制开关周期;U DC——直流侧电压;K pwm——SVPWM 等效增益.图2 电流环简化模型注:Kpwm/(1.5Tss+1)—SVPWM 的等效模块;UDC/2—逆变器模块;Ki+(Kip/s)—电流环模块;1/Ls，1/Cs—滤波环节.由式(3)对比式(5)可知，电流内环的传递函数为2型.进一步对比式(3)和式(5)，并且引入式(4)可得:由于 h，Ts，L，U DC，K pwm，τ 均为已知，将这些已知参数代入式(6)、式(7)和式(8)，即可确定电流环PI控制的积分系数 K ip和比例系数K i，但由于采用了经验数据，且在系统传递函数的计算过程中存在简化环节，因此在后续仿真中需要对参数进行优化和系统性能校核.2.2.3 电压外环设计本文的电压环采用的是PI控制器，使逆变器输出电压为设定值.将图1中逆变器、LC滤波器、SVPWM模块、电流环、电压环进行等效，则电压环的模型框图如图3所示.图3 电压电流环控制示意注:K v+(K vp/s)—电压环的PI控制器;K vp—电压环PI 控制器的积分系数;K v—电压环中PI控制器的比例系数;iLd—电感电流;U*d—参考电压.图3电压环的闭环传递函数为:其中的电压增益系数为:式中:Ud/iLd的等效输出阻抗为:式中:式(9)中的电压增益系数K1体现了系统对电压设定值的跟踪性能，等效输出阻抗Z(s)体现了电流对控制系统输出扰动特性.3 PI-PI控制系统参数优化虽然根据上述方法可以对双环控制器的参数进行理论计算设置，但还需要对控制器的动态性能进行多方面的考察，以使控制器达到更好的性能水平.本文对系统的参数设置如下:直流侧电压U DC为 500 V;滤波电感 L为 3 mH;电容 C为1 500 μF，SVPWM 等效增益 Kpwm为 1，调制开关周期 Ts为2 ×10－4 s.3.1 电流环参数的优化将上述系统参数代入式(6)、式(7)和式(8)，即可确定电流环参数 K ip=16，Ki=12.为了进行电流环参数的优化，当 K ip=16，K i取不同数值时，电流环性能数据如表1所示.仿真结果表明，当Kip=16，Ki分别取不同的数值时，相位裕量的取值范围为17～35，穿越频率的取值范围为 103.35 ～ 103.7，超调量的取值范围为 13% ～16.5%，响应时间为0.6 ×10－3～1.5 ×10－3 s.综合考虑后，选取 K ip=16，Ki=20 作为电流内环的参数，这样既可以提高响应速度，又可以保证系统的稳态性能.表1 电流环动态性能数据K i 相位裕量/(°)穿越频率/(r ad·s－1)超调量/%响应时间/s 12 35 103.35 13.0 1.5 × 10－3 20 28 103.5 14.0 0.9 ×10－3 50 17 103.7 16.5 0.6 × 10－33.2 电压环参数的优化根据电流内环优化参数 K ip=16，K i=20及式(12)、式(13)和式(14)，通过阶跃响应曲线及其bode图确定参数K v和K vp，仿真结果如图4所示.图4 电压环动态性能图4 a表明，当K v=2，K vp=7时系统的震荡、超调都很大，系统响应速度慢;但当 K v≥15，K vp=7时系统的超调降低，响应速度变快，因此系统的K v应取大于等于15的数值.此外，当K vp≥7时，bode图在50 Hz时等效输出阻抗接近感性.经过不断试验验证，当K v=15，K vp=7时，系统达到最佳状态，超调量＜15%，此时稳态性能好，响应速度快.4 逆变器供电系统性能时域仿真验证4.1 系统稳态性能和电压质量仿真分别将电压电流双环PI-PI控制器和P-PI控制器置于用Matlab/Simulink搭建的图1所示逆变器供电系统中，分别在额定负荷(30 kW)、突加无功负荷、有功负荷、综合负荷4种情况下，分析系统的稳态性能与电压质量.PI-PI控制系统与P-PI控制系统的d轴和q轴参考电压分别为:系统双环控制参数为Ki=20，Kv=15，Kvp=7;P-PI系统的双环控制参数为:Ki=5，Kv=10.仿真结果如表2所示.由表2可知，PI-PI系统比P-PI系统的稳态性能更好，电压质量也更高.表2 THD及稳态电压对比/V PI-PI系统额定负载 0.02 220.0项目 THD/% 稳态电压P-PI系统额定负载 0.03 220.2 PI-PI系统突加无功负荷 0.02 220.1 P-PI系统突加无功负荷 0.05 220.4 PI-PI系统突加有功负荷 0.07 220.0 P-PI系统突加有功负荷 0.11 220.1 PI-PI系统突加综合负荷 0.02 220.0 P-PI系统突加综合负荷0.08 220.34.2 自限流功能当负荷突然加大或者出现短路情况时，在PIPI双环控制器加入限幅环节后能起到限流作用，保证换流装置不被损坏，其对应框图如图5所示.P-PI控制器即使在对应位置加入限幅环节也不具有此功能，仿真结果对比如图6所示.图5 加入限幅环节的双环控制图6 自限流功能对比情况图6 a为在0.1 s时系统短路，PI-PI系统加入限幅环节和无限幅环节，在短路的瞬间都出现很大的电流，但加入限幅环节后能非常快地将电流限定在规定的范围内(允许的最大电流值为100 A);而图6b显示在0.1 s时系统短路，即使加入限幅环节，P-PI双环控制下的输出稳态电流也远超限定电流100 A，幅值约在200 A.5 结论(1)利用工程算法与bode图、阶跃响应相结合的方式，快速地确定了PI-PI控制器参数.(2)分别对电压电流双环 PI-PI控制器和P-PI控制器构成的逆变器供电系统用Matlab/Simulink进行了时域仿真验证，仿真结果表明，PI-PI控制系统减少了电压误差，降低了逆变器输出电压的THD，而且该系统还具有限流功能，当出现大电流时能将电流值稳定在规定的范围内，保护逆变器的供电系统不被损坏.由此表明，PI-PI控制系统的性能优于 P-PI控制系统.参考文献:【相关文献】[1]彭力.基于状态空间理论的PWM逆变电源控制技术研究[D].武汉:华中科技大学，2004.[2]张淳.含逆变型分布式电源的微网控制策略研究[D].杭州:浙江大学，2013.[3]王淑慧，彭力.基于状态空间的溯逆变器的数字双环控制方法研究[J].电力电子，2008(5):44-50.[4]何俊，彭力.PWM 逆变器双环控制研究[J].通信电源技术，2007，32(25):2-8.[5]肖朝霞，王成山，王守相，等.微网分布式电源逆变器的多环反馈控制策略[J].电工技术学报，2009，24(2):100-107.[6]王成山，高菲，李鹏，等.低压微网控制策略研究[J].电机工程学报，2012，32(25):2-8.[7]张纯，陈民轴，王振存，等.微网运行模式平滑切换的控制策略研究[J].电力系统保护与控制，2011，39(20):1-6.[8]肖朝霞.微网控制及运行特性分析[D].天津:天津大学，2008.[9]杨淑英，张兴，张崇巍.基于下垂特性的逆变器并联技术研究[J].电工电能新技术，2006(2):34-40.[10]艾欣，金鹏，孙英云，等.一种改进的微电网无功控制策略[J].电力系统保护与控制，2013，41(7):147-155.[11]杨秀，藏海洋，宗翔，等.微电网分散协调控制策略设计与仿真[J].华东电力，2011(11):24-30.[12]胡媛媛.三相三线逆变器数字控制系统研究[D].武汉:华中科技大学，2008.[13]赵巍.微网综合控制技术研究[D].南京:南京理工大学，2013.[14]CHANDORKAR M C，DIVAN D M，ADAPA R.Control of parallel connected inverters in standalone ac supply systems[J].IEEE Trans. on Industry Applications，1993，29(1):136-141.[15]陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].北京:机械工业出版社，2003:120-150.。
风力发电并网逆变器双闭环PI调节器的设计
电工 电气 （０ Ｎｏ ） ２ １ ． １ ９
设计 与研 究
风 力发 电并 网逆变器双 闭环 Ｐ 调节器 的设计 ｌ
戴金 水 吕敬。 ，
（ 东南大学 电气工程 学院，江苏 南京 ２ ０ ９ ； １ １０６ ２上海 交通 大学 电子信 息与电气工程 学院 ，上海 ２ ０４ ） ０２ ０
ｒ ● ● ｌ ．
ｄｑ ｉ Ｌ ＝Ｅ Ｒｉ＋６ Ｌｉ ｑ ｑ ）
公式 （） 、 分 别为 并 网逆 变器交 流输 出 ２ 中，
电压 的ｄ 分量和ｑ 轴 轴分量 。
ｉ分 别对 应 电网侧 电流 ｑ 。 为直流 ，其 均
中的有 功和无功分量 。稳态 时 ， 一 ％ 田
将 电流 信 ｌ ｆＷ 装 些血些出 采样 延 迟 环 节￥ ＰＭ 置 延 迟环 节 Ｌ 号 合 并 ， 由于开 关频 率一 般较 高 ，合 并后 分母 Ｓ项 系 项系 肼 数 远肼 于ｓ 数 ， 可将ｓ项 忽 略 ，简 化 为 一 阶惯 小 。 性 环 节 ：ｌ （．Ｔｓ Ｉ ，Ｔ为 开关 周 期 。简 化后 的 ／ １５Ｃ＋ ） ｏ 内环 电流 控制 器传 递 函数等值 框 图如 图５ 所示 。
控 制 方式 去补偿 可测 量 的扰动 信 号 ，因此 它不会 改 变 控制 系统 的特 性 。
点 的三 阶系 统 ，其 性 能很 难 分 析 ，参 数 设 计 也 较 复杂 ，而 且 由于 电流 内环 要 求 具 有 快 速 的跟 随性
摘 要 ： 采用零 极点对消和 极点配置 的方法分 别设计 了电流 内环和 电压外环 的 Ｐ 调节器参数 ，根 Ｉ
据 并 网逆变 器 电流 闭环系统 的 Ｂ ｄ ｏ ｅ图和零 极 图，分 析 了其 电流 内环 闭环系统 的稳定性 ，并 对 由该方法 设计 得 到的 Ｐ 参 数进 行 了实验验证 。实验 结果 表 明，该双 闭环 Ｐ 调 节器 参数设 计方法 效果 良好 ，能 Ｉ Ｉ
pi调节功能设计逻辑
pi调节功能设计逻辑
PI调节功能的设计逻辑主要包括以下步骤：
1.确定控制目标：首先需要明确控制系统的目标，例如温度、压
力、流量等。
根据目标的不同，选择合适的PI调节器。
2.确定调节参数：根据控制目标，选择合适的调节参数，例如温
度调节器的设定值、压力调节器的压力值等。
3.设定调节器参数：根据调节参数和控制系统要求，设定PI调
节器的参数，包括比例增益和积分时间常数等。
这些参数将直接影响调节效果。
4.确定反馈信号：选择合适的反馈信号，例如温度传感器的输
出、压力传感器的输出等。
这些反馈信号将用于检测被控变量的实时值。
5.构建调节系统：将PI调节器与反馈信号连接起来，构建完整
的调节系统。
通过比较设定值和实际值之间的偏差，调节器将产生一个输出信号，用于驱动执行机构进行调节。
6.调试与优化：对构建好的调节系统进行调试和优化，确保其能
够满足控制要求。
根据实际情况调整PI调节器的参数，以获
得最佳的调节效果。
以上是PI调节功能的设计逻辑，根据具体的应用场景和要求，可以选择不同的控制算法和参数进行设计。
同时，在实现过程中还需要注意系统的稳定性和可靠性等方面的问题。
双闭环模糊PI控制的双馈发电机矢量控制系统
双闭环模糊PI控制的双馈发电机矢量控制系统梁云峰;谷凤民;虎恩典;郭学东【摘要】针对双馈发电机数学模型具有非线性、多变量、强耦合等特点,在矢量控制的基础上,提出了采用双闭环模糊PI控制方式,其中转子电流内环为PI控制,转子旋转角速度ωr外环为模糊PI控制,按照双馈发电机性能指标最佳控制中的功率因数最高控制方式,使用MATLAB对其建模并仿真,验证了所采用控制方法的正确性和可行性,并可实现在比较宽的风速范围内实现较大风能的吸收;当风速发生变动的工况下系统也具有良好的动态品质.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2016(000)006【总页数】4页(P139-142)【关键词】双闭环模糊PI;转子电流;转子旋转角速度;双馈发电机;矢量控制系统【作者】梁云峰;谷凤民;虎恩典;郭学东【作者单位】宁夏大学机械工程学院,宁夏银川750021;宁夏大学机械工程学院,宁夏银川750021;宁夏大学机械工程学院,宁夏银川750021;宁夏大学机械工程学院,宁夏银川750021【正文语种】中文【中图分类】TH16;TM315我国风能资源丰富，根据国家气象局的资料，我国离地10米高的风能资源总储量约为32.26亿千瓦，可开发利用的风能储量约10亿千瓦。
其中，陆地上风能储量约2.53亿千瓦（按陆地上离地10m高度资料计算），海上可开发和利用的风能储量约7.5亿千瓦[1]。
风能最主要的利用方式就是风力发电，其中双馈型变速恒频风电系统由于其所用变频器的容量只是该系统容量的一小部分（即转差功率），已成为风力发电的一种主要型式，广泛用于大、中型风力发电系统中。
由于双馈发电机在三相静止坐标系A-B-C（3s）下的数学模型和在两相旋转坐标系d-q（2r）下的数学模型都具有非线性、多变量、强耦合的性质，为实现双馈发电机定子有功功率和无功功率解耦控制，在矢量控制的基础上，提出了采用模糊PI双闭环控制方式。
考虑以满足对控制性能的要求和控制结构最简单为原则，采用定子磁链矢量作为定向矢量，并按照通常矢量控制的惯例，即把d-q坐标轴系的d轴与定子磁链矢量重合，且q轴（定子电压矢量）超前d轴（定子绕组总磁链）90°（由于不论是电动状态还是发电状态，电机定子始终在工频50Hz运行，在这样的频率下，输入电压在电机定子绕组电阻上的分压与定子电抗上的分量相比，通常很小，即取rs=0。
风力发电并网逆变器双闭环PI调节器的设计_戴金水
换器工作于逆变状态，变换器向电网回馈能量。Q
大于零，表示变换器相对电网呈感性，吸收滞后无
功功率；Q小于零，表示变换器相对电网呈容性，吸
收超前无功功率。其中id、iq分别对应电网侧电流 中的有功和无功分量。稳态时，id、iq均为直流，其 微分项等于零，则可以得到VOC控制下，并网逆变
器的稳态控制方程为：
i0=
Vd U dc
id
=m
cosδid
(15)
公式(15)中m 为变流器调制度(变流器交流侧输
Vd*=
-(id*-id
)(K
P+
KI s
)+ωLiq
+E
sd
Vq*=
-(iq*-iq
)(K
P+
KI s
)-ωLid
(7)
公式(7)中，i d*、i q*分别为网侧有功电流和无 功电流的参考值。
将公式(7)代入公式(4)有：
(id*-id
)(K P+
KI s
)= L
did dt
+Rid
(iq*-iq
风力发电并网逆变器双闭环PI调节器的设计
并网逆变器在d -q 坐标系下的数学模型为：
L
did dt
=E
sd-Rid+ωLiq-Vd
diq dt
=E
sq-Riq+ωLid
-Vq
(2)
公式(2)中，Vd、Vq分别为并网逆变器交流输出 电压的d 轴分量和q 轴分量。
电压定向控制即在坐标变换过程中，将同步速
电工电气 (2011 No.9)
2 电流内环PI调节器设计
公式(4)表明，d 、q 轴电流除受控制量Vd 、Vq 的 影响外，还受到电流交叉耦合项ωLid 、ωLiq 和电 网电压E sd的影响。为了消除d 、q 轴之间的电流耦 合和电网电压扰动，采用前馈解耦控制，电流调节
直驱永磁风电系统中并网逆变器PI参数设计
直驱永磁风电系统中并网逆变器PI参数设计李鹏飞;赵峰【摘要】分析了PWM并网逆变器在dq0坐标系下的数学模型,推导出了内外环的数学模型,建立了改进的双闭环控制的系统模型,并在此基础上进行简化及合理变换,运用改进的二阶法推导出双闭环控制时的PI调节器参数计算公式.最后在MATLAB/simulink中搭建平台进行仿真,并与传统方法的结果相比较,验证其精确性和正确性.%A simplified mathematic model of Pulse Width Modulation (PWM) inverter is analyzed in the dqO rotation frame, the inner-outer loop' s mathematic model are deduced, the double closed-loop control system model are built. Based on the simplified and reasonable transformation, the PI adjuster parameters formula under the double closed-loop control based on improved second order method can be deduced. Finally, the double closed-loop control system is built in MATLAB/simulink, and compare with the traditional method' s results, the simulation results demonstrate the correctness and effectiveness of the design.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2013(013)002【总页数】6页(P319-324)【关键词】PI调节器;PWM逆变器;双闭环控制【作者】李鹏飞;赵峰【作者单位】兰州交通大学自动化与电气工程学院,兰州730070;兰州交通大学自动化与电气工程学院,兰州730070【正文语种】中文【中图分类】TM614PWM并网逆变器是直驱永磁风力发电系统的重要组成部分，也是系统能否稳定运行的关键之一。
LCL并网逆变器双闭环控制策略及其参数设计
LCL并网逆变器双闭环控制策略及其参数设计梁毅;谢运祥;关远鹏【摘要】LCL滤波器广泛应用于并网逆变器中,但弱电网下电网阻抗的波动和数字控制器的延时均可能使逆变器失稳,逆变器侧电流较大的高频谐波也会影响逆变器的使用寿命.本文基于双电流闭环控制的逆变器提出一种完备的参数设计方案.首先建立系统在数字控制下的精确模型,根据劳斯判据确定控制参数的取值范围,然后对有源阻尼特性进行分析从而确定反馈系数K的最佳取值.最后采用系统简化模型计算具体的控制参数,在保证精度的同时降低了计算过程的复杂性.实验结果表明所设计的控制器使并网逆变器具有更好的动态和稳态特性.【期刊名称】《电工电能新技术》【年(卷),期】2019(038)004【总页数】9页(P30-38)【关键词】LCL并网逆变器;逆变器侧电流反馈;控制延时;有源阻尼;控制参数【作者】梁毅;谢运祥;关远鹏【作者单位】华南理工大学电力学院,广东广州510640;华南理工大学电力学院,广东广州510640;华南理工大学电力学院,广东广州510640【正文语种】中文【中图分类】TM461 引言在世界能源枯竭的背景下，大量的太阳能、风能等可再生能源的应用成为一种必然的趋势。
并网逆变器是可再生能源发电系统与电网之间的能量传递装置[1-4]。
为降低入网电流的总谐波畸变率(Total Harmonic Distortion，THD)，通常选择在逆变器与电网间加入LCL滤波器。
但LCL滤波器是一个三阶系统，其频率响应在谐振频率处存在谐振尖峰，会使系统发生震荡，增大了逆变器的控制难度，并引入网侧电压谐波干扰，降低了系统的稳定性。
如何阻尼LCL滤波器的谐振尖峰成为并网逆变器的研究热点之一。
无源阻尼结构简单，只需要在滤波电感或电容支路中串联或并联合适的电阻即可实现对谐振的抑制[5]。
但由于加入电路的电阻造成大量的能量损耗，故该方法逐渐被有源阻尼的方法取代[6]。
有源阻尼的实现方法主要有状态变量反馈法、状态观测器法和陷波器法三种。
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。
PI控制器控制的双闭环串级调速系统的设计
目录一、PI控制器控制的双闭环串级调速系统的设计 (3)1.1 设计思路 (3)二、双闭环控制串级调速系统 (3)2.1双闭环串级调速系统 (3)2.2 串级调速时转子整流电路工作状态的选择 (4)2.3串级调速系统的动态数学模型 (6)2.4 异步电动机和转子直流回路传递函数计算 (9)2.4.1基本数据 (9)2.4.2电机和转子回路参数计算 (9)2.5调节器参数的设计- 电流环和转速环设计 (11)2.5 .1 电流环的设计 (11)2.5.2转速环的设计 (12)三、交流串级调速系统的仿真 (14)3.1 系统的仿真，仿真结果的输出及结果分析 (14)附录 (15)参考文献 (16)总结 (16)一、PI控制器控制的双闭环串级调速系统的设计1.1设计思路本次设计给定对象为某双闭环串级调速系统电机，设计时要对各环节参数计算和PI控制器的设计。
电流环按I型、转速环按Ⅱ进行整定，并对PI控制器控制的串级调速系统进行仿真。
串级调速就是在异步电机转子侧串入一个可变频、可变幅的电压。
首先，它应该是可平滑调节的，以满足对电动机转速平滑调节的要求；其次，从节能的角度看，希望产生附加直流电动势的装置能够吸收从异步电动机转子侧传递来的转差功率并加以利用。
根据以上两点要求，较好的方案是采用工作在有源逆变状态的晶闸管可控整流装置作为产生附加直流电动势的电源。
首先进行，串级调速系统的动态数学模型建立。
其次求出，转子直流回路的传递函数、异步电动机的传递函数。
最后，进行转速调节器和电流调节器的设计。
将异步电动机和转子直流回路都画成传递函数框图，再考虑转速调节器和电流调节器的给定滤波和反馈滤波环节就可直接画出双闭环串级调速系统的动态结构框图。
根据动态结构框图，在MATLAB软件中，将出双闭环串级调速系统的动态结构框图中的每一个模块用SIMULINK作出，根据求出的参数进行参数值的修改，START SIMULATION，双击示波器即可观察调速时波形的变化。
一种应用PIR控制器的双馈风力发电机组电流谐波控制方法
一种应用PIR控制器的双馈风力发电机组电流谐波控制方法龚文明;孟岩峰;胡书举;许洪华【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2013(028)009【摘要】基于一种应用比例积分谐振(PIR)控制器的双馈风力发电机控制方法及其参数整定原则,对双馈型风力发电机进行了详细地建模分析,结果显示谐波电压和谐波电流造成了系统输出功率以及电磁转矩的波动.研究表明通过引入一种新型的PIR控制器,可以增强对谐波的控制能力,实现多种控制目标.在定子同步旋转坐标系下,当谐振控制器R的谐振频率为6倍工频时,能够对常见的5次、7次谐波电流进行有效的控制,同时不影响基波分量的控制.通过分析控制器参数对系统稳定性的影响,确定了分频段的参数整定原则.在Matlab/Simulink中建立了双馈风电机组的仿真模型,并将该算法应用于一台110kW双馈风力发电地面实验平台.仿真和实验结果都表明了所提控制方法的有效性与实用性.【总页数】9页(P95-103)【作者】龚文明;孟岩峰;胡书举;许洪华【作者单位】中国科学院大学北京 100190;中国科学院电工研究所北京 100190;中国科学院风能利用重点实验室北京 100190;中国科学院电工研究所北京100190;中国科学院风能利用重点实验室北京 100190;中国科学院电工研究所北京 100190;中国科学院风能利用重点实验室北京 100190;中国科学院电工研究所北京 100190;中国科学院风能利用重点实验室北京 100190【正文语种】中文【中图分类】TM346.2【相关文献】1.LPC210x微控制器在电压电流谐波监测仪中的应用 [J], 宋长进;符影杰;刘明强2.一种抑制输出电流谐波的DSTATCOM控制方法 [J], 周娟;罗安;肖华根;刘清3.HT7610A/B与HT7611A/B被动式红外(PIR)控制器及其应用 [J], 邱振民;邱猛4.一种线性自抗扰控制器的无人直升机姿态控制方法研究 [J], 王云霞;代冀阳;王村松;胡烽5.新型电流单环PIR控制器在中频逆变器中的应用 [J], 胡文华;谭光辉因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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近似为一阶惯性环节。内环电流控制器传递函数等 值框图如图4所示。
id* + -
1 Tcs+1
KP+
KI s
1 0.5Tcs+1
1 id Ls+R
图4 内环电流控制环传递函数等值框图
将电流信号采样延迟环节和PWM装置延迟环节 合并，由于开关频率一般较高，合并后分母s 2项系 数远小于s 项系数，可将s 2项忽略，简化为一阶惯 性环节：1/(1.5T cs +1)，T c为开关周期。简化后的 内环电流控制器传递函数等值框图如图5所示。
τR KP
s
+1
=
3T cs +1
(13)
即内环电流控制器传递函数可近似等效为一个
惯性环节，其惯性时间常数为3T c，当开关频率较 高时，电流内环有较快的动态响应。
3 电压外环PI调节器设计
忽略线路损耗和变流器开关损耗，有：
P =E sdid =Vdid =U dci0
(14)
公式(14)中P为变流器发出的有功功率。可得：
旋转坐标系的d 轴定位于电网电压空间矢量E s的方 向，即以网侧相电压E sa峰值点作为旋转角度θ的零 点，这样电网电压的d 、q 轴分量为：
E sd =E m
(3)
E sq= 0
公式(3)中，E m为电网相电压的幅值。
则并网逆变器在d -q 坐标系下的数学模型为：
L
did dt
=E
sd
-Rid
+ωLiq-Vd
L
diq dt
=
-Riq-ωLid-Vq
(4)
在两相同步旋转坐标系下，网侧变换器相对于
电网的有功功率和无功功率分别为：
P =[Esd
E sq]
id iq
=E mid
Q =[Esq
-E sd]
id iq
= -Emid
(5)
公式(5)中，P 大于零，表示变换器工作于整流
状态，变换器从电网吸收能量；P 小于零，表示变
)(K P+
KI s
)= L
diq dt
+Riq
(8)
公式(8)表明，引入电流状态反馈和电网电压 前馈后，只要通过调节PI控制器参数使之满足公式 (8)，即可使Vd、Vq分别跟踪各自参考值，进而产生 与控制目标对应的d 、q 轴电流，而且实现了d 、q 轴 电流的解耦控制。引入前馈补偿实际上是采用开环 控制方式去补偿可测量的扰动信号，因此它不会改 变控制系统的特性。
直流母线电压。
io
S1
S3
S5
ia R
+
Va
ib R
Udc
Vb
ic R
Vc
S4
S6
S2
L Esa ～ L Esb ～ L Esc ～
1 并网逆变器的数学模型及工作原理
图1所示为三相电压型并网逆变器拓扑结构示 意图。E sa、E sb、E sc是三相电网相电压，V a、V b、V c 是逆变器交流侧三相输出电压，它们均是以三相电 网电压中性点为参考点。i a、i b、i c是电网三相线 电流。L 是网侧滤波电感，R 是等效串联电阻，U dc是
id* + -
KP+
KI s
1 1.5Tcs+1
1
id
Ls+R
图5 简化后内环电流控制环传递函数等值框图
开环传递函数为：
1
G
I(s
)=
K
P(ττss+1)·1.5T1cs
+1· (
L R
R s
+1)
(9)
可以看出，内环电流控制系统为一个具有零
点的三阶系统，其性能很难分析，参数设计也较
复杂，而且由于电流内环要求具有快速的跟随性
Inverter in Wind Power System
DAI Jin-shui1, LV Jing2 （1 School of Electrical Engineering, Southeast University, Nanjing 210096, China; 2 School of Electronic Information and Electrical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China）
关键词 ： 风力发电 ；并网逆变器 ；双闭环 ；PI 调节器 中图分类号 ：TM614 ；TM464 文献标识码 ：A 文章编号 ：1007-3175(2011)09-0005-05
Design of Double Closed-Loop PI Regulator for Gird-Connected
Abstract: Zero-pole cancellation and pole allocation methods were adopted to design PI regulator parameters of current inner loop and voltage external loop respectively. According to grid-connected inverter current closed-loop system’s Bode diagram and zero-pole diagram, analysis was made to the stability of its current inner closed-loop system and experimental verification was carried out for PI parameters obtained from the method design. Experimental result shows that the double closed-loop PI regulator parameters design method is good in effect, being able to meet system desi
id
=m
cosδid
(15)
公式(15)中m 为变流器调制度(变流器交流侧输
换器工作于逆变状态，变换器向电网回馈能量。Q
大于零，表示变换器相对电网呈感性，吸收滞后无
功功率；Q小于零，表示变换器相对电网呈容性，吸
收超前无功功率。其中id、iq分别对应电网侧电流 中的有功和无功分量。稳态时，id、iq均为直流，其 微分项等于零，则可以得到VOC控制下，并网逆变
器的稳态控制方程为：
+
θ
XLa XLb XLc
Esd Esq
Esα
2 s/2 r
3 s/2 s
转换 Esβ 转换
Esa Esb
线电压 到相电
Esab Esbc
Esc 压
Esca
θ
2 s/2 r 转换
电压矢 量的相
角 Iα
Iβ
3 s/2 s 转换
Ia Ib Ic
abc
电网
图2 并网逆变器VOC控制框图
6
风力发电并网逆变器双闭环PI调节器的设计
并网逆变器的控制框图如图2所示。
Udc
Udc*
+
φ*
PI Id*
φ*
Id* +
tanφ
Iq* +
Id
Iq
负载
Udc
PI
-1
+ Vd*
Vα*
Va*
d
+ 2 r/2 s
2 s/3 s Vb* PWM
Cc
PI
-1 +
Vq* 转换 Vβ* 转换 Vc* 调制
+
-ωL-Id×ωL + ωL Iq×ωL
Δurq + + Δurd
Vd*=
-(id*-id
)(K
P+
KI s
)+ωLiq
+E
sd
Vq*=
-(iq*-iq
)(K
P+
KI s
)-ωLid
(7)
公式(7)中，i d*、i q*分别为网侧有功电流和无 功电流的参考值。
将公式(7)代入公式(4)有：
(id*-id
)(K P+
KI s
)= L
did dt
+Rid
(iq*-iq
风力发电并网逆变器双闭环PI调节器的设计
电工电气 (2011 No.9)
设计与研究
风力发电并网逆变器双闭环PI调节器的设计
戴金水1，吕敬2
(1 东南大学 电气工程学院，江苏 南京 210096； 2 上海交通大学 电子信息与电气工程学院，上海 200240)
摘 要 ： 采用零极点对消和极点配置的方法分别设计了电流内环和电压外环的 PI 调节器参数，根 据并网逆变器电流闭环系统的 Bode 图和零极图，分析了其电流内环闭环系统的稳定性，并对由该方法 设计得到的 PI 参数进行了实验验证。实验结果表明，该双闭环 PI 调节器参数设计方法效果良好，能 够满足系统设计要求。
电容电压升高；反之，电容电压降低。又由于变换
器的d轴电流和它吸收的有功功率成正比，因此，可
对电容电压进行控制，用电压调节器的输出作为d
轴分量电流(有功电流)的给定值，它反映了变换器
输入有功电流幅值的大小。根据需要的功率因数和
d 轴给定电流值，可以得到q轴电流给定值。单位功
率因数时，q 轴电流恒等于零。
风力发电并网逆变器双闭环PI调节器的设计
并网逆变器在d -q 坐标系下的数学模型为：