基于电压电流双环解耦电压型逆变器控制的研究

逆变器电压电流双环控制设计及研究

ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６— ４７２９．２０１５．０２．００６
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
２０００９０）
（上海电力学院电气工程学院，上海
ＤｅｓｉｇｎａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＶｏｌｔａｇｅａｎｄＣｕｒｒｅｎｔ
Ｄｕａｌ－ｌｏｏｐＣｏｎｔｒｏｌｆｏｒＩｎｖｅｒｔｅｒｓ
ＳＵＮＪｉｎｇ，ＣＡＯＷｅｉ，ＳＵＨｕ，ＹＡＮＧＤａｏｐｅｉ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅＰＩｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｉｓｕｓｅｄｉｎｂｏｔｈｉｎｎｅｒｃｕｒｒｅｎｔｌｏｏｐａｎｄｏｕｔｅｒｖｏｌｔａｇｅｌｏｏｐｉｎｔｈｅ
第３１卷第２期
２０１５年４月
上
ｏ．２Ａｐｒ．２０１５
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈａｎｇｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒ
ｂｏｔｈｂｏｄｅｄｉａｇｒａｍａｎｄｓｔｅｐｒｅｓｐｏｎｓｅ．Ｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｏｆｐｒｅｖｉｏｕｓｌｙｄｅｓｉｇｎｅｄｄｕａｌ — ｌｏｏｐｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ

基于SPWM控制的电压_电流双环逆变器建模及其仿真_图文(精)

第4卷中国舰船研究第4卷第5期2009年10月中国舰船研究Chinese Journal of Ship Research Vol .4No.5Oct.2009收稿日期:2008-09-03作者简介:朱承邦(1963-,男,高级工程师。

研究方向:雷达应用1引言现代科技发展日新月异,各类电气设备对电源的品质要求也越来越高。

逆变供电作为一种有效的电力供应形式,已广泛应用于生产生活的各个领域。

为了不断改善逆变器输出性能,人们发展出了多种逆变器控制方法,常见的有:电压瞬时值控制、电流滞环控制、电流预测控制、鲁棒控制[1]、重复控制[2,3]、滑模控制[4]及SPWM 电流控制等。

就各种逆变器控制策略的特点来看,基于SPWM 的电压电流双环逆变器控制是一种较好的控制方法[5,6]。

本文针对电压电流双环逆变器控制模型,设计了电流内环和电压外环的控制参数,对设计的双环控制逆变器模型进行了仿真分析,分析结果基于SPWM 控制的电压、电流双环逆变器建模及其仿真朱承邦1李乐2王晓鹏21大连船舶重工集团有限公司军事代表室,辽宁大连1160052中国舰船研究设计中心,湖北武汉430064摘要:基于SPWM 的电压电流双环逆变器控制相对其他逆变器控制策略具有一定优越性,但其控制器参数设计却是一个重点和难点。

针对逆变器的SPWM 电压电流双环控制策略,建立了系统的控制模型,设计了电流内环和电压外环的控制器参数,并根据经典控制理论的判据,分别对控制器电流内环和电压外环参数进行了理论验证。

最后根据设计的控制器参数,对SPWM 电压电流双环控制系统模型进行了仿真分析,结果表明,系统设计合理,效果满意。

关键词:SPWM ;逆变器;电压电流双环;仿真中图分类号:TM743文献标志码:A文章编号:1673-3185(200905-54-05Modeling and Si mulation of Voltage and Current Double Loop Control Based on SPWM InvertersZhu Cheng-bang 1Li Le 2Wang Xiao -p eng 21The Naval Representative Office ,Dalian Shipbuilding Heavy Industry Co.,Dalian 116005,China2China Ship Development and Design Cent er ,Wuhan 430064,ChinaAbstract :Comparing with other inverters control strategy ,voltage and current double loop control based on SPWM inverters are superior in capabilities though the controller parameters design is significant and difficult.In this paper ,the system controlmodel has been constructed in term s of inverters of SPWM voltage and current double loop control strategy ,and the current inner loop and voltage outer loop controller parameters design has been proposed with theoretical validation of classic control theory criterion.T he SPWM voltage and current double loop control system model simulation provided with designed controller parameters show s that the system design is reasonable and the effect is satisfying.Key words :SPWM ;inverter ;voltage and current double loop ;simulation第5期证明了系统参数设计的合理性。

基于解耦双同步电流控制器的光伏逆变器研究

Ｗｈｅｎｕｎｂｌａａｎｃｅｄｃｕｒｒｅｎｔｉｓｉｎｊｅｃｔｅｄｉｎｔｏｈｅｔｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ பைடு நூலகம் ｏｎｔｒｏｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｈａｓｆａｓｔｄｙｎａｍｉｃｐｅｆｒｏｍａｒｎｃｅ，ｎｄａｃａｎ
（国电南京自动化股份有限公司，江苏南京２１００００）
摘要：基于陷波器的双同步坐标系技术广泛应用于不对称电压系统，为获得更好的同步性能，有学者提出一种基于输入电压向量正、负序分量解耦的高性能同步技术。将这种解耦双同步坐标技术引入电流控制器，使用
ｓｙｓｔｅｍ．Ｓｏｍｅｓｃｈｏｌａｒｓｐｏｐｒｏｓｅａｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｙｎｃｈｏｎｒｉｚａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｙｇｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｉｎｐｕｔｖｏｌｔａｇｅｖｅｃｔｏｒｐｏｓｉ－ｔｉｖｅａｎｄｎｅｇａｔｉｖｅｓｅｑｕｅｎｃｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇｔｏｇｅｔｂｅｔｔｅｒｓｙｎｃｈｏｎｒｉｚａｔｉｏｎｐｅｆｒｏｍａｒｎｃｅ．Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｉｎｔｏｄｒｕｃｅｓｈｉｔｓｄｅｃｏｕｐｌｅｄｄｏｕｂｌｅｌｓｙｎｃｈｏｎｒｏｕｓｔｅｃｈｎｏｌｏｙｇｉｎｔｏｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ａｎｄＵＳｅＳｔｈｅｐｏｓｉｔｉｖｅａｎｄｎｅｇａｉｔｖｅｓｅｑｕｅｎｃｅｇｉｖｅｎｅｒｒｏｒｓｉｇｎａｌａｓｆｅｅｄｆｏｒｗａｒｄｓｉｇｎｌａｔｏｏｆｓｅｔｈｅｔｍｅａｓｕｒｅｄｃｕｒｅｎｔ２ ∞ ｏｓｃｉｌａｔｉｏｎｓｏｆｒｅｆｅｒｅｎｃｅｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｙｓｔｅｍ．

逆变电源双环控制技术的研究与设计

逆变电源双环控制技术的研究与设计【摘要】通过对逆变电源的数学模型分析，以电感电流和电容电压为反馈量进行闭环控制。

双环控制方案的电流内环扩大逆变器控制系统的带宽，使得逆变电源动态响应加快，输出电压的谐波含量减小，非线性负载适应能力加强。

最后，通过仿真和实验结果，表明所设计的双环控制策略具有电流跟踪快速，电压稳定稳定的特点。

1 引言交流移动设备使用量越来越多，如何将直流电源变为稳定的电能提供给设备已成为研究热点。

近年来4G技术的快速发展，移动应急通信基站需要大量的逆变电源。

在研项目正在建设一个移动电源研究平台，将直流电通过一台逆变电源转变成设备所需的交流电源，该逆变器是系统的一个关键部件。

在此为移动逆变电源研究平台设计了以电感电流和电容电压为反馈变量双闭环的控制策略，通过该逆变电源，为移动交流用电设备提供稳定可靠的电能。

2 逆变电源的工作模式逆变电源工作在如图1所示的四象限模式下，实现能量从交流侧移动设备和储能电池的双向流动。

一、三象限逆变电源向移动负载设备输出电能，二、四象限逆变电源从移动设备回收能量。

3 逆变电源的模型电流内环控制结构框图如图3，经过电流霍尔采集逆变电源输出电流与设定电流值做差运算，通过调节，产生给定信号。

设定电压前馈叠加电容电压，在输出滤波电感上得到电流控制信号。

可得电流环传递函数图4 电压外环控制结构框图电压外环控制结构框图如图4，经过电压霍尔采集输出电压信号与设定值做差运算，通过调节，产生给定信号。

电感电流信号前馈得到电流的误差信号，乘上电流霍尔系数1/ ，叠加电感电流，在输出电容上形成输出电压信号。

可得电压环传递函数5 仿真与实验逆变电源的参数如下，直流侧电源电压Vd = 200V，开关频率10KHz，三角载波峰值5V，电流霍尔0.2V/A，电压霍尔100：1，滤波电感1mH，滤波电容30uF，负载20Ω。

仿真波形如下图5在0.0875秒，设置负载突变为10Ω。

输出电压的动态响应过程为2m秒，动态响应速度快，波形质量无明显变化。

逆变器双环控制算法仿真研究

逆变器双环控制算法仿真研究王川川，朱长青，顾闯（军械工程学院河北石家庄050003）摘要：经典PID 控制算法在逆变器中获得广泛应用，但控制效果和精度有待改进和提高，针对此问题，研究了双环控制算法在逆变器控制中的应用，给出了双环控制逆变器的结构，设计了电压环和电流环的控制参数。

在MATLAB/Simulink 软件中构建了双环控制逆变器的仿真模型，通过仿真，验证了控制参数选择的可行性，证明逆变器在采用双环控制算法时具有好的输出性能。

关键词：逆变器；双环控制；MATLAB/Simulink ；仿真中图分类号：TM464文献标识码：A文章编号：1674－6236（2011）04-0078-04Research on inverter ’s double loop control algorithm by simulationWANG Chuan -chuan ，ZHU Chang -qing ，GU Chuang（Ordnance Engineering College,Shijiazhuang 050003，China ）Abstract:The classical PID control algorithm is extensively used in inverter ，but its control precision should be improved ，Being aimed at this problem ，double loop control algorithm in inverter's control is researched in this paper.The composition of inverter using double loop control algorithm is given ，and the parameters'of voltage and current are designed.Simulation model of inverter by using double loop control algorithm is constructed .By the way of simulation ，the choose of control parameters are tested and verified ，and it's proved that the inverter has good output performances when double loop control algorithm is used.Key words:inverter ；double loop control ；MATLAB/Simulink ；simulation收稿日期：2010-09-30稿件编号：201009115作者简介：王川川（1985—），男，河南濮阳人，博士研究生。

基于双环控制的PWM 逆变器的研究

图 2 带负载前馈的电感电流内环电压外环控制系统方框图
( ) ) 根据图 ( ) 可推导出电感电流内环的开环和闭环 ! 传递函数 :
3 控制系统极点配置与性能分析
假设电压、电流调节器分别为 :
k $ i )= k G s v( $ p+ s k ! i )= k G s i( ! p+ s 经计算得知整个系统的闭环特征方程为 :
$ ( ) & u $ L C S! +r C S +$ 由于这里的等效电阻 r 很小 , 则逆变器可以近似
压外环电流内环的双环控制方案是高性能逆变电源的
!] 发展方向之一 [ , 双环控制方案的电流内环扩大逆变
u " =
器控制系统的带宽 , 使得逆变器动态响应加快 , 非线性负载适应能力加强 , 输出电压的谐波含量减小。
系统的控制器参数按常规方法设计 , 需考虑两个调节器之间的响应速度、频带宽度的相互影响与协调 , 控制器设计步骤复杂 , 还需要反复试凑验证 ; 采用极点配置方法大大简化了设计过程 , 同时能满足高性能指标要求 , 这种设计方法具有明显的优越性。对于这样的高阶系统 , 为了得到所需要的动态性能和稳定性能 , 我们的处理方法是 : 将其中两个极点配置为一对共轭极点, 另外两个极点配置在距虚轴很远的地方。假设四阶双环控制系统的希望闭环主导极点为
+] 电流i 所以抗输出扰动性能比较差[ 。为 "的突变 ,
$+k r C +C k k! i! ! $ p & p +C + )=s D( s s + s + L C L C

基于前馈解耦控制的电压型PWM整流器可逆运行研究

且由于电流闭环作用动态过程
,
,
,
为
,
而
。
变化很小
。
。
在直流电压发生较
,
大变化前
,
,
已完成其暂态过程达到零值因此设计时可以不考虑
,
丫
豁
轴影响
。
电流调节环是二阶系统对其降阶处理用一阶惯性环
因此得到如图
。
,‘
‘ ・一
、
。
。。
制单位
功率因数
整流运行
,
产生驱动脉冲控制
模块工作
」
‘
。
。
一
、
。
了艺
, 儿二。
珠
】
电压检测
时
一
,
负载从
电流流检测
,
仑
杏
石
琉下丁一
乙
。
。
宁乙 ‘ 宁乙必砧
琉
一
。
‘
整流器抽
取能量趋势
,
儿
日
曰
同步
由于三相静止坐标系到两相同步旋转
网吸收能量当整流器工作在逆变状态时电动机工作在发电状
,
,
耐侧
态整流器负责将电机在直流电容上产生的泵升能量转化为符合
,
并网条件的交流电回馈给电网以保持直流侧电压的相对恒定和

基于双环控制和重复控制的逆变器研究.

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。

一种单相电压型逆变器双环控制

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］。

基于双闭环PI控制的电流解耦控制系统研究

收稿日期：２０１８—０５—１０：修订日期：２０１８—０６—２４作者简介：刘正宇（１９９６一），男，本科，研究方向为电力电子与电力传动；李俊桥（１９９６一），男，本科，研究方向为电机电器及
中图分类号：ＴＭ４６１．３文献标志码：Ａ
文章编号：１００１—９９４４（２０１８）０８—００３５—０４
ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＣｕｒｒｅｎｔＤｅｃｏｕｐｌｉｎｇＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＤｕａｌＣｌｏｓｅｄＬｏｏｐＰＩＣｏｎｔｒｏｌ
ＬＩＵＺｈｅｎｇ—ｙｕ，ＬＩＪｕｎ—ｑｉａｏ，ＬＩＺｈｅｎｇ—ｑｉ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨａｒｂｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＲｏｎｇｃｈｅｎｇＣａｍｐｕｓ），Ｗｅｉｈａｉ２６４３００，Ｃｈｉｎａ）
宽调制ＳＰＷＭ技术应用在三相ＶＳＲ控制系统中．实现了基于ＳＰＷＭ的三相电压型ＰｗＭ整
流器的电流解耦控制系统的总体设计。由于将三相基波正弦变量转换成同步旋转坐标系
中的直流分量．能够更加直观清晰地观察三相ｖｓＲ的物理意义。为验证三相ｖｓＲＰＷＭ整
ＤＯＩ：１０．１９５５７￣．ｃｎｋｉ．１００１－９９４４．２０１８．０８．００８
基于双闭环ＰＩ控制的电流解耦哈尔滨理工大学（荣成校区）电气工程系，威海２６４３００）

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.。

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本文针对逆变器的电压和电流控制进行设计和研究，主要包括双环控制策略、控制器设计和实验验证等方面。

1. 双环控制策略逆变器的电压和电流控制可以采用双环控制策略进行设计，即外环电压控制和内环电流控制。

外环控制器输出的控制量为电压参考值，内环控制器输出的控制量为电流参考值。

在外环控制器中，采用比例积分控制（PI控制）策略，控制器的输入为电压误差，输出为电压参考值。

在内环控制器中，同样采用PI控制策略，控制器的输入为电流误差，输出为电流参考值。

双环控制策略能够实现对逆变器输出电压和电流的精确控制，提高逆变器的性能和稳定性。

2. 控制器设计为了实现双环控制策略，需要设计外环控制器和内环控制器。

以外环控制器为例，设电压误差为$e_v$，控制参考值为$v_{ref}$，比例系数为$K_p$，积分系数为$K_i$，则外环控制器的输出为：$u_v = K_p e_v + K_i \int_0^t e_v dt$其中，$e_v = v_{ref} - v$，$v$为逆变器输出电压。

在实际应用中，为了避免积分饱和和积分器漂移等问题，通常采用积分分离控制（PID控制）策略对PI控制进行改进。

内环控制器的设计与外环类似，以电流误差为输入，电流参考值为输出，采用PI或PID控制策略。

3. 实验验证为了验证双环控制策略的有效性，可以进行基于硬件平台的实验验证。

以SPWM逆变器为例，可以搭建逆变器硬件实验平台，通过改变电压参考值和电流参考值，观察逆变器输出电压和电流的实际变化情况。

通过实验结果可以有效地评估双环控制策略的性能和稳定性，为实际应用提供参考依据。

总之，双环控制策略在逆变器电压电流控制中具有重要的应用价值，控制器的设计和实验验证是关键步骤。

基于双环控制的电焊机逆变器的实现研究

研究方向为光伏发电和智能电网控制。
焊接电源主电路进行Ａ／ＣＡ／Ｃ的功率ＣＤ／ＣＤ交换，用来减少变压器体积和改善焊接电源动态
１５０
／ ’ 口
Ｊ１ｘＩ、
ＶｕＪ－・ｔＪ
反馈信号，算出下一个采样周期逆变器的开关推
焊接的直流电源输出。
图２中，Ｄ～Ｄ的作用是当ＩＢＶＶＧＴ关断时限
ＶＶ４交替开通和关断，从而实现输出为交Ｔ～Ｔ的
பைடு நூலகம்
电焊机具有良好的调节特性和优异的焊接性能。
３２电流内环．
内环采用无差拍控制策略。它是一种数字化ＰＷＭ控制方法，有动态性能好，制过程无过具控冲的特点。由于其具有非常快的暂态响应。此因
路、桥逆变器、频变压器和输出整流滤波电路全高
等组成【５如图２所示。。１＿，
２逆变电焊机电路
图１示出逆变电焊机的原理框图。其中逆变电焊机焊接电源由主电路和控制电路组成【。主
ＦｕｄｔｎＰｏｅｔＳｐｏｅｙＳＥＩｎｖｔｍＦｎ（ｏ１Ｃ６１３２７）ｏｎａｉｒｊｃ：ｕｐｒｄｂＭｎｏａｏｕｄＮ．０２２４０４６ｏｔｉ

电压电流双环控制原理

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。

基于状态空间的PWM逆变器数字PI双环控制技术研究

基于状态空间的PWM逆变器数字PI双环控制技术研究谢维;段建民【摘要】The practical application of digital control , including dual loop digital control technique with instantaneous voltage and current feedback, as well as the feature of sinusoidal wave pulse width modulation (PWM) inverters, were mainly studied .Based on the establishment of state space model for the inverter control system , a dual loop digital control strategy ( the inner loop is for inductor current and the out loop is for output voltage ) was proposed with output feed forward .After direct discretization , the control system ’ s parameters were calculated by a pole as-signment method .The simulation waveforms under various conditions were presented .Both the simulations and the experiments showed that the proposed technique was simple and feasible , which can meet all the performance re-quirements of the inverter power source perfectly .%主要研究了数字控制的实际应用情况以及脉宽调制（ PWM ）正弦波逆变器的特点，包括电流内环电压外环的双闭环控制。

基于电流内环的一种逆变器控制策略研究

第 !" 卷第 ! 期
电力电子技术
3(-4!"5 6(4! 780*5 #$$%
#$$% 年 & 月
’()*+ ,-*./+(01.2
基于电流内环的一种逆变器控制策略研究
张昌盛 ! 段善旭 ! 康
% 华中科技大学 ! 湖北武汉
勇
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摘要 # 比较了几种电流内环控制的方法 ! 提出了基于电感电流反馈的 :’>? 电流控制型双环控制策略 " 针对输出电压对电流环的交叉反馈作用 ! 通过采用电容电压解耦方法 ! 削弱了电容电压对内环的影响 $ 针对负载电流扰动对电压外环的影响 ! 采用负载电流前馈补偿方法 ! 很大程度上增加了系统对负载电流扰动的抑制能力 $ 针对电压外环的 ’@ 调节器存在的相位滞后 ! 提出了基准电容电流前馈补偿方法 ! 理论上达到输出电压与基准正弦给定的零相差 " 通过仿真和实验 ! 证实了本控制方案的可行性和优越性 " 中图分类号 (G?A&A 关键词 # 逆变器 F 电感电流反馈 $ 双环控制 $ 限流 $ 极点配置文献标识码 (H 文章编号 (<$$$I<$$J %#$$% &$!K$$<AK$!
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的动态响应速度 ! 但其开关频率变化范围大 ! 不利于滤波器参数设计 $ 预测电流控制则需要知道比较精确的负载参数 ! 同时在采样延时和软件计算时间上有很高要求 $相比而言 !:’>? 电流控制不仅开关频率固定 ! 而且还能提供比较快的动态响应特性 " 在电压源逆变器 %3:@ & 中 ! 应用滤波电容电流 !" 作为内环反馈也比较广泛 ! 在该方法中 ! 因 !" 被瞬时控制 ! 使得输出电容电压 #" 因 !" 的微分作用而提前得到矫正 ! 因此无论对线性还是非线性负载均有很好的动态抑制作用 ! 但无法对逆变器进行限流保护 ;A=" 以电感电流 !$ 作为内环反馈时 ! 由于 !$ 为 !% 和负载