基于电压电流双环解耦电压型逆变器控制的研究.pdf

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1、<电气开关)(2011．No．4)15文章编号：1004—289X(2011)04—0015—04基于电压电流双环解耦电压型逆变器控制的研究庄岩，刘承志，陈勇，曹景雷，罗瑞鑫(西南交通大学电气工程学院，四川成都610031)摘要：分析了三相SPWM电压型逆变器在三相静止坐标系下和两相同步旋转坐标系下的数学模型。采用了基于电压和电流的双环控制策略，针对d—q坐标下的耦合关系，提出解耦策略，并利用PI调节器提高系统的动态响应特性及跟随能力，并运用Matlab／Simulink对理论分析结论进行验证。在容性和感性负载下的验证结果表明，适

2、当选择控制环节的PI参数，双闭环控制逆变器具有较高的可靠性和理想的动态响应能力。关键词：电压外环；电流内环；解耦；耦合中图分类号：rM464文献标识码：BResearchonVoltageInverterControlBasedonVoltageCurrentDoubleLoopDecouplingZUANGYan，LIUCheng—zhi，CHEN，CAOJing—lei，LUORui—xing(SchoolofElectricalEngineering，SouthwestJiaotongUniversity，Chengdu61

3、0031，China)Abstract：Themathematicalmodelofathree—phaseSPWMvoltageinverterunderthree—phaserestfameandtwo．phaserotationalframesinsynchronismisanalyzed．Thedouble—loopcontrolstrategybasedonvoltagecurrentisadopted．Forthecouplingrelationofd-qcoordinate，thedecouplingstrategy

4、isproposed．UsePIcontrollertoimprovedynamicresponsecharacteristicsofthesystemandapplyMadab／Simulinktoverifythetheoreticalanalysisconclusion．Theverifiedresultsofcapacitiveandinductiveloadsshowthatthedoubleclosedloopinve／terisofhigherreliabilityandidealdynamicre·sponseif

5、PIparametersofthecontrollinkisproperlyselected．1(eywords：voltageouterlop；currentinnerlo0p；dec0upHng；c0upling如图1所示。1引言随着逆变器的大量实际应用，对其输出波形的要求越来越高，高质量的输出波形包括两个方面的要求：对称性和动态响应快。开环逆变器难以达到这两个方面的要求。在逆变器的闭环控制方案中，输出有效值控制方案能够维持输出有效值恒定，但不能保证电压和电流的波形质量。基于PI闭环瞬时值反馈的控制图1三相逆变器主电路基本结构

6、方案可以实时地调控输出电压波形，使供电质量大大图1中三相对称负载的逆变器主电路中滤波电感提高。目前较为成熟，基于电压外环电流内环的双闭均为，滤波电容均为C，等效电阻均为R。环PI控制方案是电压型逆变器的发展方向。2．1三相静止坐标系下的数学模型2三相电压型逆变器主电路的数学模型分析基于KVL和KCL定律，可得三相逆变器的电压三相电压型SVPWM逆变器的主电路拓扑结构，电流方程如下：16(电气开关)【2011．No．4)di．duo．“。=Ri,+L+，z。=。+￡。Rib+dibdUob=+Uob,ib=C+ob(1)dio=+￡

7、=c警图4三相逆变器在d—q坐标系的模型框图电感电流电容电压的耦合，所以必须懈耦。其中：。i，i。是电感电流；u。。，nb，。。是电容电压；，，是负载电流；u。，tt，u。是逆变桥输出电3电压型逆变器控制系统设计压。本设计是基于电压外环和电流内环的双闭环控制由式(1)可得，在ABC坐标系下的模型框图，如图器，电压外环主要作用是确定指令电流的参考值和稳2所示，B，C相的模型框图得与A相相同。定逆变器交流侧电压的幅值，通过设置q轴的电压指令为0来实现单位功率因数控制。而电流内环的主要作用是按电压外环输出的指令电流进行电流控制，内环电流

8、控制器是实现电流的快速跟踪。图2三相逆变器A相的模型框图3．1电流内环控制系统设计2．2在d—q坐标系下的数学模型电压型逆变器d—q坐标系的电流方程式：三相静止ABC(3S)坐标系到两相旋转d—q坐标r

9、系的转换矩阵为：{f=一尺++(4)亏，l￡