基于Simulink庫仿真的單相逆變電源調節器設計

摘要：基于Simulink庫研究了采用SPWM波控制的單相逆變器雙閉環(huán)PID調節器的建模與仿真。本系統在Simulink庫中模擬產(chǎn)生SPWM波形，并建立了在理想狀態(tài)下的整流和逆變電路，提出通過(guò)電壓均值環(huán)和電壓瞬時(shí)環(huán)雙環(huán)控制來(lái)對輸出電壓進(jìn)行調節。將此建模思想移植到10K模塊化單相UPS電源上，控制精度和準度，均能達到預期效果。
關(guān)鍵詞：三電平SPWM；逆變器；電壓雙環(huán)控制；建模和仿真；整流載

隨著(zhù)電力行業(yè)的快速發(fā)展，逆變器的應用越來(lái)越廣泛，逆變器的好壞會(huì )直接影響整個(gè)系統的逆變性能和帶載能力。逆變器的控制目標是提高逆變器輸出電壓的穩態(tài)和動(dòng)態(tài)性能，穩態(tài)性能主要是指輸出電壓的穩態(tài)精度和提高帶不平衡負載的能力；動(dòng)態(tài)性能主要是指輸出電壓的THD(Total Hannonic Distortion)和負載突變時(shí)的動(dòng)態(tài)響應水平。在這些指標中對輸出電壓的THD要求比較高，對于三相逆變器，一般要求阻性負載滿(mǎn)載時(shí)THD小于2％，非線(xiàn)性滿(mǎn)載(整流性負載)的THD小于5％。這些指標與逆變器的控制策略息息相關(guān)。文中主要介紹如何建立電壓雙環(huán)SPWM逆變器的數學(xué)模型，并采用電壓有效值外環(huán)和電壓瞬時(shí)值內環(huán)進(jìn)行控制。針對UPS單模塊10 kVA單相電壓型SPWM逆變器進(jìn)行建模仿真。通過(guò)仿真，驗證了控制思路的正確性以及存該控制策略下的逆變器所具有的魯棒性強，動(dòng)態(tài)響應快，THD低等優(yōu)點(diǎn)。并以仿真為先導，將其思想移植到具體開(kāi)發(fā)中，達到預期效果。

1 三電平逆變器單相控制模型的建立
帶LC濾波器的單相逆變器的主電路結構如圖1所示。圖1中L為輸出濾波電感，C為濾波電容，T1，T2，T3，T4分別是用來(lái)驅動(dòng)IGBT的三電平的SPWM波，U0為輸出負載兩端的電壓。在建立控制系統的仿真模型時(shí)，需要采集負載兩端的電壓與實(shí)際要求的電樂(lè )值做比較，然后通過(guò)調節器可以得到所需要調節的值。在此仿真模型中，驅動(dòng)波形采用的是三電平的SPWM波形，具體的產(chǎn)生原理在這不做詳細描述。在Matlah的Simlink庫中SPWM波的產(chǎn)生如圖2所示，這里調制比設為0．8。