逆变器双环控制策略及其数字离散化

徐　刚*,孙青秀（西安工程大学　电子信息学院,西安　710048）



逆变器双环控制策略及其数字离散化

徐刚*,孙青秀
（西安工程大学电子信息学院,西安710048）

摘 要：逆变器作为新能源系统中主要的能量转换装置，其性能直接影响到整机效率的高低。本文采用电流内环、电压外环的双闭环控制方式，电流环设计为带通（BP）调节器解决母线电压波动对并网电流产生的畸变，电压环设计为近似典型II型系统提高系统响应速度。最后，进行了数字离散化处理。

关键词：逆变器；双闭环控；数字化实现

0　引言

风能、太阳能等新能源发电系统具有环境污染小、调节灵活等优点受到了越来越多的关注。逆变器作为新能源发电系统中电能并网的重要接口，其工作性能的优劣直接影响到并网电流的质量，逆变器的控制环节决定了并网电流最终的波形、总谐波失真、功率因数、跟踪误差、动态响应速度等性能，因此对并网电流控制技术也显得十分重要。逆变并网系统的控制目标为稳定直流母线电压和单位功率因数并网，其逆变侧采用双闭环控制策略的系统结构框图如图1所示，电流内环用于控制并网电流，电网电压同步信号用于锁相，从而实现单位功率因数并网，电压外环稳定逆变器的母线电压，为逆变器提供稳定并 网条件。

1　逆变器双闭环调节器设计

逆变器电流内环为BP调节器，其在基波频率处增益较大，基波频率以外增益逐渐衰减，即使电流指令中引入谐波，但BP调节器对应的闭环系统只响应电流中的基波频率分量，通过闭环反馈输出电流中谐波含量大大降低，BP调节器表达式设计为：

电流内环作为并网侧的单位闭环反馈环节，追求反馈电流与指令电流的精准跟踪。根据系统闭环设计可知，作为单位闭环反馈系统其可以等效为增益近似为1的一阶惯性环节，惯性时间常数τ可认为为系统闭环传递函数的-3dB频带的倒数。

将电压环设计为近似典型II型系统，电压调节器Gv(s)的传递函数设计为

式中τv1是电压调节器的一阶微分时间常数，τv2是电压调节器一阶惯性时间常数，kpv为电压调节器比例系数。

为了满足系统性能指标，电压环截止频率ωcv设计为100rad/s。根据系统典型II型电子最佳设计有，为了电压环响应速度快，第一转折频率离截止频率较远，第二转折频率离截止频率较近。则电压调节器为：

2　双闭环的数字离散化

采用双线性变换法分别对电流调节器进行离散化，双线性变化法代换算式为：

式（5）中T为采样时间。根据电流环系统频带与实际工程应用经验，离散化采样时间T取200μs，代入式（5）之后得离散化的BP调节器为：

式中E(z)为BP调节器输入误差，U(z)为BP调节器输出。式（6）中离散化结果保留了三位小数位，写成微处理器可实现的递推方程形式如下式：

电压调节器也采用双线性变换法离散化，并将离散化时间T=50μs带入（4）式，得出的电压调节器的递推表达式为

3　结论

本文采用电流内环、电压外环的双闭环控制方式，具有控制结构清晰，系统设计容易的优点，采用带通（BP）调节器可以解决母线电压波动对并网电流产生的畸变，实现单位功率因数并网，电压外环可以对有效的稳定母线电压，并给出了在控制器中易于实现的数字离散化处理过程。

参考文献：

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[2]杨会敏,宋建成.基于双环控制的单相电压型PWM逆变器建模与仿真[J].电气传动自动化,2009,31(01):15-18.

[3]Kukrer O,Komurcugil H.Control Strategy for Single-phase UPS Inverters[C].Electric Power Application,IEE Proc.,2003,150(06):743-746.

*为通讯作者

作者简介：徐刚（1989-），男，陕西铜川人，硕士，研究方向:馈能式电子负载。

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.03.107