逆变电源双环控制技术的研究与设计
单相逆变器重复控制和双环控制技术研究
单相逆变器重复控制和双环控制技术研究单相逆变器是一种将直流电能转换为交流电能的设备，广泛应用于太阳能光伏发电系统、无线电通信系统等领域。
在单相逆变器的控制技术中，重复控制和双环控制是两种常用的控制策略。
本文将介绍这两种控制技术的原理和特点，并对其研究进行探讨。
首先，重复控制是一种周期性控制策略，通过周期性地叠加可调谐的谐波信号来消除输出电压中的各谐波分量，提高电压波形的质量。
重复控制的基本原理是通过周期重复地改变脉宽和脉冲间隔来控制输出电压的谐波分量。
在重复控制中，首先将原始交流电压信号通过一组谐波振荡器分解成几个谐波成分，然后分别调节这些谐波成分的幅值和相位，合成与原始信号相似的控制信号，通过PWM (Pulse Width Modulation) 方式控制逆变器的开关器件，获得期望电压输出波形。
相较于传统的PWM控制技术，重复控制具有以下优点：一是重复控制能够较好地抑制谐波污染，改善输出电压的波形质量；二是重复控制不需要额外的滤波器，减少了系统的成本和复杂性；三是重复控制适用于各种逆变器拓扑结构，具有广泛的应用范围。
但是，重复控制技术也存在一些问题，例如在低功率因数或部分负载情况下，可能会导致电流谐波增加、控制动态性能下降等。
另一种常用的单相逆变器控制技术是双环控制。
双环控制是基于内环控制和外环控制的思想，通过内环和外环两个控制环来分别控制逆变器的电流和电压，提高逆变器的性能和稳定性。
具体来说，内环控制主要负责控制逆变器的电流，通过调节电流环的控制参数，实现对电流的精确控制；外环控制则主要负责控制逆变器的电压，通过调节电压环的控制参数，实现对电压的精确控制。
双环控制技术通过内环和外环之间的相互作用，使得整个控制系统具有更好的鲁棒性和稳定性。
与重复控制技术相比，双环控制技术具有以下优点：一是双环控制技术能够实现更高的控制精度和稳定性；二是双环控制技术能够适应不同的工作状态，具有更好的动态响应性能；三是双环控制技术能够通过调整环节的控制参数，实现对逆变器的柔性控制。
逆变器电压电流双环控制设计及研究
ＤＯ Ｉ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ６— ４ ７ ２ ９ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ２ ． ０ ０ ６
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
２ ０ ０ ０ ９ ０ ）
（ 上海电力学院 电气工程学 院 ， 上海
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｆ Ｖｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ａ ｎ ｄ Ｃｕｒ ｒ ｅ ｎ ｔ
Ｄｕ ａ ｌ － ｌ ｏ ｏ ｐ Ｃｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｆ ｏ ｒ Ｉ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ｓ
Ｓ ＵＮ Ｊ ｉ ｎｇ，ＣＡＯ Ｗｅ ｉ ，Ｓ Ｕ Ｈ ｕ，ＹＡ ＮＧ Ｄａ ｏ ｐ ｅ ｉ
Ａ ｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ： Ｔｈ ｅ Ｐ Ｉ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ ｉ ｓ ｕｓ ｅ ｄ ｉ ｎ ｂｏ ｔ ｈ ｉ ｎ ｎ ｅ ｒ ｃ ｕｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｌ ｏ ｏ ｐ ａ ｎ ｄ ｏ ｕ ｔ ｅ ｒ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｌ ｏ ｏ ｐ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ
第３ １卷 第 ２期
２ ０ １ ５年 ４月
上
ｏ ． ２ Ａｐ ｒ ． ２ ０ １ ５
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｐｏ ｗｅ ｒ
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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。
针对基于双环控制和重复控制的逆变器设计研究
针对基于双环控制和重复控制的逆变器设计研究
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。
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。
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。
SPWM逆变器双环数字控制技术研究开题报告
SPWM逆变器双环数字控制技术研究开题报告1. 研究背景随着电力电子技术的不断发展和应用的广泛推广， SPWM逆变器已经成为电力电子领域中最常用的一种逆变器，广泛应用于电力变换、电机控制、绿色能源等领域。
当前， SPWM逆变器的研究主要集中在控制策略、效率提升、电磁干扰、热管理等方面。
然而，采用传统模拟控制方法的逆变器在控制精度、动态响应和抗干扰能力方面存在较大的局限性。
因此，提高逆变器控制系统的自适应性、稳定性和可靠性，以及降低系统的传感器数目，成为逆变器研究的重点方向。
2. 研究目的本文的研究目的是采用双环数字控制技术，结合SPWM逆变器的特点，设计一种具有高性能和高精度的SPWM逆变器控制模块，提高逆变器的控制精度、动态响应和抗干扰能力，降低系统的传感器数目，提高系统的整体性能和可靠性。
3. 研究内容（1）SPWM逆变器原理及其控制策略研究本文对SPWM逆变器的原理和控制策略进行了研究，详细分析和阐述了SPWM逆变器的结构、原理、输出调制方式及其影响因素；介绍了传统的SPWM逆变器控制策略和其优缺点，分析了控制误差、动态响应、抗干扰性等问题，并对SPWM逆变器进行了状态空间控制理论分析。
（2）双环数字控制技术研究本文采用双环数字控制技术，构建SPWM逆变器控制模块，利用数字控制器采集逆变器的反馈信号，实现逆变器的电流控制和电压控制。
采用飞行时间测量技术，采集电压反馈信号，引入PI控制器并进行参数整定，实现稳定的电压控制；采用电流采样技术，应用双环控制策略，对逆变器输出电流进行控制，提高逆变器控制系统的稳定性和抗干扰能力。
（3）SPWM逆变器控制实验验证本文设计了实验平台，验证了所提出的SPWM逆变器控制模块的可行性。
实验结果表明，所设计的SPWM逆变器控制模块的电流控制和电压控制均具有很好的稳定性和控制精度，同时也具有良好的抗干扰能力。
与传统的模拟控制方式相比，所提出的数字控制方式具有更好的动态响应和整体性能，具有很好的应用前景。
SPWM变频电源双闭环控制的设计和研究.wps
SPWM变频电源双闭环控制的设计和研究在目前逆变电源的控制技术中，滞环控制技术和SPWM控制技术是变频电源中比较常用的两种控制方法。
滞环控制技术开关频率不固定，滤波器较难设计，且控制复杂，难以实现；SPWM控制技术开关频率固定，滤波器设计简单，易于实现控制。
当二者采用电压电流瞬时值双闭环反馈的控制策略时，均能够输出高质量的正弦波，且系统拥有良好的动态性能。
对于SPWM变频电源，采用电压电流瞬时值双闭环反馈的控制策略，工程中参数设计往往采用试凑法，工作繁琐，误差较大。
本文详细介绍了SPWM变频电源主要的控制参数设计准则和方法，对于快捷、准确地选择合适的闭环参数，有很大的实践应用价值。
2系统简介图1 双闭环控制的SPWM变频电源系统构成简化图图1为系统构成简化图，该系统由主电路和控制电路两部分组成。
逆变电源主电路采用以IGBT为开关器件的单相逆变电路, 采用全桥电路结构，经过LC低通滤波器，滤去高频成分，在滤波电容两端获得相应频率的光滑的正弦波。
虚线框包括的是控制电路，电压电流瞬时值双闭环反馈控制是由输出滤波电感电流和输出滤波电容电压反馈构成的。
其外环为输出电压反馈，电压调节器一般采用PI形式。
电压外环对输出电压的瞬时误差给出调节信号，该信号经PI调节后作为内环给定；电感电流反馈构成内环，电流环设计为电流跟随器。
电流内环由电感电流瞬时值与电流给定比较产生误差信号，与三角形载波比较后产生SPWM信号，通过驱动电路来控制功率器件，保证输出电压的稳定，形成典型的双环控制。
在实际应用中采用电流内环之外还设置电压外环的目的除了降低输出电压的THD外，还在于对不同负载实现给定电流幅值的自动控制。
3SPWM变频电源的线性化模型由于SPWM变频电源中存在着开关器件，因此是一个非线性系统，但因为一般情况下，SPWM变频电源的开关频率远高于调制频率，故可以利用传递函数和线性化技术，建立起SPWM变频电源的线性化模型[1]，如图2所示。
双环控制逆变器设计方案及流程
双环控制逆变器设计方案及流程
一、初始设计准备
1.定义逆变器规格
（1）确定输出功率和频率要求
（2）确定输入电压和电流范围
2.确定控制策略
（1）选择双环控制策略
（2）确定内外环控制方案
二、电路设计
1.搭建逆变器电路原型
（1）设计逆变器拓扑结构
（2）选择适合的功率器件
2.设计双环控制电路
（1）设计内环电流控制回路
（2）设计外环电压控制回路
三、PCB设计
1.绘制逆变器PCB布局
（1）安排电路元件位置
（2）确保信号和功率线路分离2.进行PCB布线
（1）连接电路元件
（2）确保地线和供电线宽度
四、控制程序设计
1.编写双环控制程序
（1）编写内环电流控制算法（2）编写外环电压控制算法
2.硬件与软件调试
（1）调试控制算法
（2）确保逆变器正常工作
五、性能测试
1.进行逆变器性能测试
（1）测试输出功率和效率
（2）测试控制响应速度
2.优化设计方案
（1）根据测试结果调整设计参数（2）进行性能再测试。
PWM逆变电源数字双环控制技术研究
Candidate: Tang Shi Ying Major: Power Electronics and Electric Drive Supervisor: Associate Prof. Peng Li
To avoid modulation limitation caused by the sampling and calculating time of digital processor, design of state observer and disturbance observer are brought in. Due to reduce the errors of state observer out-put caused by many reasons, a repetition compensator have been added to the state observer, and its nice performance have been proved by both simulations and experiments.
24由于逆变器主电路中各功率开关管都工作于开和关两种状态逆变器本质上是一个非线性系统而开关管在一个开关周期中的开通或关断期间是连续的且电路中其它部分又始终工作在连续这一个状态因此逆变器分别处于两个线性工作状态如果分段分别对这两个工作状态进行建模则可以精确的列写出两种工作状态下的线性状态方程这种问题在用经典理论分段线性化解决时往往会过于繁杂或不现对于这种非线性系统工程应用中通常采用状态空间平均法4547
保 密□，在 本论文属于
不保密□。
基于极点配置的逆变器双环控制方案
基于极点配置的逆变器双环控制方案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、LC 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。
单相电压型PWM 逆变器的状态模型电路如图1 所示。
图1 所示电路模型中，电压源v1 代表来自逆变桥的输出电压，电流源io 代表负载汲取的电流。
与滤波电感L 串联的电阻r 是滤波电感的等效串联电阻以及逆变器中其他各种阻尼因素的综合。
由状态空间平均模型可以推导出双输入同时作用时系统的s 域输出响应关系式(1)及方框图2 如下：2 复合控制方案分析提出的控制方案包括了基于极点配置电流电压双环和处于外层的重复控制环，双环控制采用电感电流内环和输出电压外环，重复控。
分布式电源并网逆变器双环控制研究
功率 因数 向电 网回馈 电能 ， 且具 有较 好 的静 、 动 态性 能 。首先 ， 建立 了两 相 同步旋 转坐 标系 下逆 变器 的数 学模 型， 在 此基 础上 提 出了 以功率 外环 、 电流 内环 的双环 控制 策 略 ， 实现对 并 网有 功 功率 和无 功 功率 的独 立 控制 。 仿真和 实验 结果 均表 明该控制 策 略的正确 性及 有效性 。
１ 引 言
分 布 式 电源 通 常 是 指 不 直 接 与集 中 输 电系 统
相连 的 ３ ５ ｋ Ｖ及 以下 电压 等 级 的 电源 …． 具 有 不 可
２ ｄ。 ｑ坐 标 系 下 的 数 学 模 型
图 １示 出 三 相 电 压 型 并 网逆 变 器 拓 扑 结 构 ．
第４ ９卷 第 ２期
２ ０ １ ５年 ２ 月
电 力 电 子 技 术
Ｐ ｏ ｗｅ ｒ Ｅｌ ｅｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ
Ｖｏ １ ． ４９，Ｎｏ ． ２ Ｆｅ ｂ ｒ ｕａ ｒ ｙ ２０１ ５
分布 式 电源并 网逆 变器 双环 控制 研 究
曾 岳 南 ，汤 键 ，黄 敏 ，黎 锦 桃
Ｚ Ｅ ＮＧ Ｙｕ ｅ — ｎ ａ ｎ ，Ｔ ＡＮＧ Ｊ ｉ ａ ｎ ，ＨＵＡ ＮＧ Ｍｉ ｎ ，Ｌ Ｉ Ｊ ｉ ｎ ． ｔ ａ ｏ
（ １ ． Ｇ ａｎ ｎ ｇ ｄ ｏ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ，Ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ ５ １ ０ ０ ０ ６ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
关键 词 ： 逆 变 器 ；分 布 式 电 源 ； 电压 空 间 矢 量 调 制 ；并 网
中图 分 类 号 ： Ｔ Ｍ ４ ６ ４ 文 献标 识码 ： Ａ 文 章编 号 ： １ ０ ０ ０ — １ ０ ０ Ｘ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ２ — ０ ０ ６ ６ — ０ ３
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。
双环反馈控制的SPWM逆变电源中电流环的设计(精)
s
s
s
T 1
s i
s +
1
s
K p
i
s
(7
特别是当
s
s
T
(8
从式(6和式(8可看出来,只要PI调节器满足
4
i
=T 1条件在实际设计过程中很难完全满
足;② PI调节器的本质是滞后校正,它有降低系统稳定性趋势,按要求, G C的滞后校正网络的极点(p i =0
与零点
i
i
略小于1/T 1,以保
证系统的动态性能.因此,从实际操作和理论分析都证明,采取G C
Key words :inverter ; double-loop feedback ; current loop
(上接第197页
Design of Hand-apparatus for Distinguishing the Cable-lines
LIU Fei 1, XIANG Jian-tao 2, YANG Jiang-ping 2
U
C
=I
C
s
s Z
(2
将负载电流I
o看作输出扰动,
,女,硕士,主要从事电力电子技术研究.
文章编号:CN42-1564(2006 03-0198-03
三相并网逆变器的双环控制策略研究
三相并网逆变器的双环控制策略研究1引言随着新能源发电在全世界范围内应用越来越广泛，并网发电技术也成为一个重要的研究方向[1-5]。
而新能源如太阳能电池、燃料电池以及小型风力发电都需要采用并网逆变器与电网相连接。
通常并网逆变器采用高频PWM调制下的电流源控制，从而导致进入电网的电流中含有大量高次谐波，一般会采用L滤波器进行滤除，但是目前一些研究文献[6-7]提到LCL滤波器具有比和L型滤波器更理想的高频滤波效果。
从而常被用于大功率、低开关频率的并网设备，同时基于LCL滤波器的控制技术也成为新的研究热点之一。
尽管LCL滤波器滤除高次谐波效果明显，但是LCL滤波器是一个谐振电路，其谐振峰对系统的稳定性以及并网电流波形质量有很大的影响，如何设计控制器使系统稳定运行是必需解决的问题。
在这种情况下基于电流双环的控制策略被提出来，同时文献[8][9]都提出了引入滤波电容电流内环的电流双环控制策略的可行性，并没有提出电流双环控制器的设计方案以及分析内外环的比例参数对系统的系统稳定性以及谐波阻抗的影响。
与逆变器控制为电压源采用电压电流双环控制策略的设计方法不同。
由于电流双环内外环控制器的带宽频带相差不大，所以不能按照电压源型逆变器的电压电流双环分开设计思路来确定控制器参数，此外电流双环控制策略应用于并网电流的波形控制，被控对象为工作在并网模式下采用LCL三阶滤波器的三相逆变器，其开环情况下系统的三个极点离虚轴很近，如何合理设计控制器参数使闭环控制系统具备一定的稳定裕度和快速动态响应速度需要进一步研究。
基于以上分析本文针对三相并网发电系统的运行特点以及LCL滤波器的工作特性，研究基于LCL 滤波器的电流双环控制的少自由度问题，并提出了基于高阶极点配置的实用新方法设计电流双环控制器参数，并配合劳思－赫尔维茨稳定判据验证控制系统稳定性，同时验证控制器参数和系统参数在一定范围内变化的情况下系统的鲁棒性，并最终将该设计方法得到的控制器参数应用于三相并网发电系统的实验平台，通过实验结果验证本文所提出的基于电流双环控制的三相并网逆变器具备一定的稳定裕度和快速动态响应速度。
逆变器双环控制策略及其数字离散化
逆变器双环控制策略及其数字离散化逆变器作为新能源系统中主要的能量转换装置，其性能直接影响到整机效率的高低。
本文采用电流内环、电压外环的双闭环控制方式，电流环设计为带通（BP）调节器解决母线电压波动对并网电流产生的畸变，电压环设计为近似典型II型系统提高系统响应速度。
最后，进行了数字离散化处理。
标签：逆变器；双闭环控；数字化实现0 引言风能、太阳能等新能源发电系统具有环境污染小、调节灵活等优点受到了越来越多的关注。
逆变器作为新能源发电系统中电能并网的重要接口，其工作性能的优劣直接影响到并网电流的质量，逆变器的控制环节决定了并网电流最终的波形、总谐波失真、功率因数、跟踪误差、动态响应速度等性能，因此对并网电流控制技术也显得十分重要。
逆变并网系统的控制目标为稳定直流母线电压和单位功率因数并网，其逆变侧采用双闭环控制策略的系统结构框图如图1所示，电流内环用于控制并网电流，电网电压同步信号用于锁相，从而实现单位功率因数并网，电压外环稳定逆变器的母线电压，为逆变器提供稳定并网条件。
1 逆变器双闭环调节器设计逆变器电流内环为BP调节器，其在基波频率处增益较大，基波频率以外增益逐渐衰减，即使电流指令中引入谐波，但BP调节器对应的闭环系统只响应电流中的基波频率分量，通过闭环反馈输出电流中谐波含量大大降低，BP调节器表达式设计为：（1）电流内环作为并网侧的单位闭环反馈环节，追求反馈电流与指令电流的精准跟踪。
根据系统闭环设计可知，作为单位闭环反馈系统其可以等效为增益近似为1的一阶惯性环节，惯性时间常数τ可认为为系统闭环传递函数的-3dB频带的倒数。
（2）将电压环设计为近似典型II型系统，电压调节器Gv（s）的传递函数设计为（3）式中τv1是电压调节器的一阶微分时间常数，τv2是电压调节器一阶惯性时间常数，kpv为电压调节器比例系数。
为了满足系統性能指标，电压环截止频率ωcv设计为100rad/s。
根据系统典型II型电子最佳设计有，为了电压环响应速度快，第一转折频率离截止频率较远，第二转折频率离截止频率较近。
PWM逆变器双环控制
C ( k2 p s + k2i ) LCs 2 + ( rC + Ck 2 p ) s + 1 + Ck 2i
（10）
利用电流内环闭环传函推导出电压外环 的开环传函：
Guop i ) (k2 p s+k2i ) s [LC s 2 + (r + k2 p )Cs + Ck2i + 1]
瞬时控制方案可以在运行过程中实时地 调控输出电压波形，使得供电质量大大提高。 文献研究表明电压外环电流内环的双环控制 方案是高性能逆变电源波形控制的发展方向 之一
[1-3]
，双环控制方案的电流内环扩大逆变
器控制系统的带宽，使得逆变器动态响应加 快，输出电压的谐波含量减小，非线性负载适 应能力加强。目前，这种基于电流内环的电压 源逆变器波形控制技术越来越得到广泛的应 用。 PWM 逆变器双环控制方案分为电感电流内 环电压外环和电容电流内环电压外环两种,由
PWM 逆变器双环控制技术研究
Research on dual-loop control technology for PWM Inverters
何 俊，彭 力，康 勇 HE Jun，PENG Li，KANG Yong （华中科技大学电气与电子工程学院，湖北，武汉 430074，pretenderhj@） (Department of Electrical and Electronics Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074,China)
(a)电流峰值达额定峰值 （a）开环频率特性 （b）闭环频率特性
(b)电流有效值达额定有效值
基于准PR双环控制的单相逆变器的设计与研究
[1]毛艳芳，熊旋，陈旭，孙建军，刘飞.单相逆变器双环控制改进策略研究[J]电测与仪表,2014(08):69-74.
[2]徐德鸿.电力电子系统建模及控制[M].机械工业出版社2005:187-193.
[3]徐发喜.SPWM逆变器双环数字控制技术研究[D].[硕士学位论文].南京：东南大学，2014.
4结束语
本文首先介绍了逆变器的作用，以及如今逆变技术存在的问题。对常见单相SPWM逆变器进行了系统的建模与分析，并给出了一种设计LC滤波器参数的方法。在此基础上，引入了电压外环PR控制，电流内环PI控制的双闭环的控制策略。在控制器参数的选取中，采用了极点配置的方法，简化了计算，最终经过参数优化，得到了满意的参数配置。在最后，经过simulink仿真，模拟不同的负载情况，经过分析，整个逆变系统具有良好的稳定性和很快的动态响应以及基本无差的稳态性能，满足了设计的要求。
准PR控制在其设定的频率及其附近的增益很大。其传递函数如式八所示：；内环PI调节器的传递函数如式九所示：。
2.2控制器参数选取
双环控制系统的控制参数的选取需要考虑两个控制器响应速度、带宽的相互影响，如果利用反复试凑法，因为内外环控制器共含有四个参数，其工作量太大。综合考虑下，我们采用极点配置法，有效地配置极点，使其具有满意的动态性能和稳态精度。
在讨论准PR控制器时，由式八可得，其结构过于复杂，不利于参数的求取。但由准PR控制器与PI控制器的伯德图可知，在Kp和Kr参数相同的条件下，两者在中高频段的伯德图重合。对于本文而言，我们需要考虑的是300Hz及其以上的正弦波，因此设计的准PR参数，完全可以用PI的参数替代。
将图5的结构框图进行结构图的化简，并另闭环传函的分母等于0可得，闭环系统的特征方程式为式十：LCs4+(Kp1Kpwm+r)s3+(CKiKpwm+Kp1Kp2Kpwm+1)s2+(KiKp2+Kp1Kr)s+KrKiKpwm=0。将滤波参数L=600μH; C=5μF；r=0.1Ω；Kpwm=200代入上式，并对其极点进行配置。令s1、2=-ξω±jω ; s3、4=-nξω;则期望的闭环特征方程式为式十一；取ξ=0.707；自然振荡频率ω=4500rad/s;n=10;对比式十与式十一并进行参数优化后：Kp1=10；Ki=2500;Kp2=0.2;Kr=250。
逆变器的双环控制原理
逆变器的双环控制原理逆变器（Inverter）的双环控制是一种常用的控制方式，主要应用于电力电子设备和工业电机的控制中。
该控制方式通过控制输出电压和输出电流的内部环和外部环，可以使逆变器输出的电压和电流具有良好的稳态和动态性能。
本文将介绍逆变器的双环控制原理。
第一部分：逆变器的基本结构和工作原理逆变器是一种将直流电转换成交流电的电力电子设备，其基本结构如图1所示。
图1 逆变器基本结构逆变器由直流电源、开关器件、滤波电路和控制电路组成。
其中，开关器件可以是晶闸管、MOS管、IGBT等。
当开关器件导通时，直流电源的电能就会被储存到电感、电容等储能元件中，当开关器件断开时，则会将储存的电能释放并送入滤波电路。
滤波电路主要由电感和电容组成，用于滤除高频噪声，从而得到稳定的直流电压。
逆变器的控制可以分为开环控制和闭环控制两种方式。
开环控制是指根据输入信号的变化，直接控制开关器件的导通和断开，从而控制输出电压和输出电流。
闭环控制则是通过反馈控制回路，不断调整开关器件的导通和断开，使输出电压和输出电流达到期望值。
实际应用中，为了使逆变器的输出电压和输出电流能够具有更好的稳态和动态性能，通常采用双环控制方式。
该控制方式包括电流环和电压环两个部分，如图2所示。
图2 双环控制结构图其中，电流环用于控制输出电流，而电压环用于控制输出电压。
电流环和电压环分别通过采集输出电流和输出电压的反馈信号，计算环节得到控制信号，之后在经过PI调节器之后，输出到开关器件控制电路中。
电流环的控制目标是保证逆变器的输出电流与期望值相等，可以使逆变器的负载具有恒定的电流特性。
电流环通常采用PI控制器实现，其输出信号与电流误差成正比，与其积分误差成正比，可以有效地控制输出电流。
第三部分：逆变器的闭环控制算法逆变器的闭环控制算法采用PID控制器结构，可以有效地控制输出电压和输出电流。
PID控制器的数学表达式为：u(t)=Kp*e(t)+Ki*∫e(t)dt+Kd*de(t)/dt其中，u(t)为控制器的输出信号，e(t)为反馈信号与期望值之差，Kp、Ki、Kd分别为比例、积分、微分系数。
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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。
图6带整流桥负载，输出电压波形谐波低，电能质量高。
6 结论
双环控制方案的逆变电源动态响应加快，带宽范围大，输出电压的谐波含量小，非线性负载适应能力强。
参考文献：
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