單相逆變器雙閉環(huán)控制策略對比研究

靳小寧

摘? 要：文章針對非線性負載條件，對兩種雙環(huán)控制策略進行了比較研究，并利用極點配置法設計PI參數(shù)，最后通過了MATLAB仿真驗證。

關鍵詞：電感電流內環(huán);電容電流內環(huán);非線性負載

中圖分類號：TM464? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）09-0130-02

Abstract： This paper compares two dual-loop control strategies under non-linear load conditions and designs the PI parameters according to the pole placement method. Finally， the MATLAB simulations is verified.

Keywords： inner loop of inductor current; inner loop of capacitor current; non-linear load

1 概述

由于單相逆變器開環(huán)系統(tǒng)無法保證電壓的穩(wěn)定輸出和較高的波形質量，通常會采用雙環(huán)控制策略來改善系統(tǒng)性能。目前雙環(huán)控制方式主要包括電壓外環(huán)電感電流內環(huán)和電壓外環(huán)電容電流內環(huán)兩種。由于非線性負載對逆變器的性能影響較大，所以本文將針對這一情況對上述兩種閉環(huán)方式進行比較研究。

2 電感電流和電容電流內環(huán)

2.1 電感電流內環(huán)的雙環(huán)控制

圖1為電感電流內環(huán)的反饋控制框圖。首先，將反饋電壓與基準電壓進行比較，得到電壓誤差信號。然后經(jīng)過PI放大作為電流內環(huán)的基準值，通過與電感電流反饋值進行比較，利用PI調節(jié)電流誤差后與載波交截輸出SPWM信號。

若逆變器接整流負載，通常會并聯(lián)電容進行濾波。而二極管具有單向導電性，只有逆變輸出側電壓大于電容端電壓，二極管才會導通，系統(tǒng)輸出阻抗減小，逆變端需要提供更大的電流。由于電感電流不會發(fā)生突變，所以會抽取電容電流進行補償。此外，引入電感電流作為負反饋時，系統(tǒng)具有抑制其變化的趨勢，并通過減小PWM脈沖寬度來限制i幅值的變化，這也會導致輸出電壓降低。

由電感內環(huán)控制框圖可得系統(tǒng)傳遞函數(shù)：

2.2 電容電流內環(huán)的雙環(huán)控制

圖2為電容電流內環(huán)的反饋控制框圖。其工作過程與電感電流內環(huán)相似，只是將采集的電流換成了電容電流。當輸出阻抗減小，通過對電容電流的反饋控制，系統(tǒng)具有抑制電容電流變化的趨勢;并且輸出電壓會在電容電流積分的作用下提前得到校正，從而增強系統(tǒng)的帶載能力。由于系統(tǒng)特征方程有四個解，因此上述兩種雙環(huán)控制均為四階系統(tǒng);又因為系統(tǒng)性能主要由導極點決定，所以可以采用極點配置法將該四階系統(tǒng)轉換為二階系統(tǒng)分析。

3 仿真結果及性能分析

本章給出了電感雙環(huán)控制和電容雙環(huán)控制的仿真結果，仿真參數(shù)分別為：Ui=400V、fs=10kHz、Uo=220V、Lf=0.4mH、Cf=120uF、ro=0.5Ω。

（a）輸出波形圖

（b）FFT分析

由仿真結果可以看出，電感電流內環(huán)的基波峰值為305.5，THD=5.20%，電容電流內環(huán)的基波峰值為313.3，THD=0.81%。從輸出電壓波形穩(wěn)定和THD值方面，可以看出電容電流內環(huán)的雙環(huán)控制策略的穩(wěn)定性更好。

4 結論

本文主要研究了在非線性負載條件下，電感電流內環(huán)和電容電流內環(huán)兩種雙環(huán)控制策略。通過理論分析和仿真結果可以看出，電容電流內環(huán)控制策略更能提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力。

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