單相逆變器雙閉環控制策略對比研究

靳小寧

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

關鍵詞：電感電流內環;電容電流內環;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系統無法保證電壓的穩定輸出和較高的波形質量，通常會采用雙環控制策略來改善系統性能。目前雙環控制方式主要包括電壓外環電感電流內環和電壓外環電容電流內環兩種。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方式進行比較研究。

2 電感電流和電容電流內環

2.1 電感電流內環的雙環控制

圖1為電感電流內環的反饋控制框圖。首先，將反饋電壓與基準電壓進行比較，得到電壓誤差信號。然后經過PI放大作為電流內環的基準值，通過與電感電流反饋值進行比較，利用PI調節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。

由電感內環控制框圖可得系統傳遞函數：

2.2 電容電流內環的雙環控制

圖2為電容電流內環的反饋控制框圖。其工作過程與電感電流內環相似，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，從而增強系統的帶載能力。由于系統特征方程有四個解，因此上述兩種雙環控制均為四階系統;又因為系統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轉換為二階系統分析。

3 仿真結果及性能分析

本章給出了電感雙環控制和電容雙環控制的仿真結果，仿真參數分別為：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，電感電流內環的基波峰值為305.5，THD=5.20%，電容電流內環的基波峰值為313.3，THD=0.81%。從輸出電壓波形穩定和THD值方面，可以看出電容電流內環的雙環控制策略的穩定性更好。

4 結論

本文主要研究了在非線性負載條件下，電感電流內環和電容電流內環兩種雙環控制策略。通過理論分析和仿真結果可以看出，電容電流內環控制策略更能提升系統的穩定性和抗干擾能力。

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