采用電感電流內環(huán)的單相逆變器設計

摘要：分析了單相逆變器系統的數字控制特點(diǎn)，提出了一種帶輸出電流前饋的PI雙環(huán)(輸出電壓外環(huán)和濾波電感內環(huán))數字化控制方案，利用極點(diǎn)配置方法對控制系統參數進(jìn)行了設計，并對系統進(jìn)行了仿真，最后給出了各種實(shí)驗條件下的實(shí)驗波形。
關(guān)鍵詞：單相逆變器；雙環(huán)控制；極點(diǎn)配置；數字控制

0 引言
要得到性能穩定的逆變器并聯(lián)系統，其單臺逆變器的性能非常重要，因此，單臺逆變器的控制方法選擇就顯得尤為重要。常見(jiàn)的單閉環(huán)控制技術(shù)主要有電壓瞬時(shí)值反饋、無(wú)差拍控制和重復控制等方案。為了滿(mǎn)足某些應用場(chǎng)合的高性能指標要求，近來(lái)又出現了電壓電流雙閉環(huán)控制。該方案的電流內環(huán)增大了逆變器控制系統的帶寬，從而使逆變器動(dòng)態(tài)響應加快，同時(shí)加強了對非線(xiàn)性負載擾動(dòng)的適應能力，也減小了輸出電壓的諧波含量。
依據內環(huán)電流反饋的不同，逆變器雙閉環(huán)控制可分為電感電流內環(huán)電壓外環(huán)和電容電流內環(huán)電壓外環(huán)兩種。在以濾波電容電流作為內環(huán)反饋的控制方法中，如果在電容電流內環(huán)電壓外環(huán)控制系統中增加電流限幅環(huán)節，其只能限制電容電流大小，而負載電流和電感電流完全不受其約束，因而不能通過(guò)限流實(shí)施對逆變電源的保護。在以濾波電感電流作為內環(huán)反饋時(shí)，通過(guò)限制濾波電感電流即可實(shí)現逆變器的過(guò)流保護。因此，通過(guò)對以上兩種控制方法進(jìn)行比較，本文采用以濾波電感電流作為內環(huán)反饋的控制方案。

1 逆變器系統模型
圖1所示為單相全橋逆變電源的主電路原理圖。圖中，Ud是逆變橋直流輸入電壓。L是輸出濾波電感，C是輸出濾波電容，r是輸出電感、死區效應以及濾波電容的等效電阻。

對于圖1所示的單相全橋逆變器，可得到下面的單相逆變電源的連續域數學(xué)模型式：


2 逆變器控制系統的設計
本文的雙閉環(huán)控制結構由外環(huán)電壓調節器和內環(huán)電流調節器組成。其中外環(huán)電壓調節器Gv(s)一般采用比例一積分(PI)調節器，內環(huán)電流調節器Gi(s)可以采用比例(P)調節器。圖2所示是逆變器電感電流內環(huán)電壓外環(huán)控制系統的結構框圖。

在這個(gè)雙環(huán)控制方案中，電流內環(huán)采用PI調節器，簡(jiǎn)稱(chēng)雙環(huán)PI-P控制方式。其中電流調節器Gi(s)的比例環(huán)節用來(lái)增加逆變器的阻尼系數，以使整個(gè)系統工作穩定，并且保證有很強的魯棒性；電壓外環(huán)也采用PI調節器的作用是希望使輸出電壓波形能瞬時(shí)跟蹤給定值。這種電流內環(huán)電壓外環(huán)的雙環(huán)控制方式的動(dòng)態(tài)響應速度很快，而且靜態(tài)誤差也很小。
設電壓電流調節器分別為：