逆變電源控制策略

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1、逆變電源控制策略一、逆變電源模型1.1固定負載模型為簡化模型，假定負載為阻性負載，忽略電容的寄生電阻與電感的電阻，以電容電流和輸出電壓為控制變量，由此建立的逆變電源的等效模型為一個雙輸入單輸出的系統，則逆變電源狀態(tài)方程由下式求得：（1-1）（1-2）經變換得到狀態(tài)方程的矩陣形式：（1-3）其中：;;;由上式可得傳遞函數模型，一般只關心逆變電源輸出電壓，因此只給出電壓傳遞函數表達式。逆變電源輸出負載為R的濾波器S域傳遞函數模型為：（1-4）（1-5）其中，，當逆變電源空載時，及時，有：（1-6）其中：，1.1將負載處理為擾動輸入模型實際逆變電源負載不是唯一，總在一個額定范圍內變動

2、，為了保持在不同負載下模型的統一性，可將負載電流處理為擾動量。對逆變電源輸出濾波器，取電容電壓與電容電流作為狀態(tài)變量，與分別為輸入量與擾動量，輸出電壓為輸出量，可以得到逆變電源輸出濾波器線性雙輸入、單輸出狀態(tài)空間模型：（1-7）上式表示成域為：（1-8）其中同前，相應得傳遞函數框圖模型如圖1-1所示：圖1-1逆變電源輸出濾波器參數模型二多環(huán)反饋控制的基本原理在單電壓環(huán)反饋控制中，負載擾動的影響最終在系統的輸出電壓中體現出來后，控制系統才開始有所反應，因此這種方法抵抗負載擾動的能力較弱。為了能在各種負載條件下使逆變電源輸出高質量的電壓波形，通過將電壓和電流的瞬時值作為反饋量進行控

3、制，從而解決各種負載帶來的擾動以及抑制諧波，這將是比較合理的方案。本文所采用的三環(huán)控制方案就是利用電流內環(huán)的快速性、及時性來有效抑制負載擾動的影響。2.1開環(huán)控制在開環(huán)控制情況下，將逆變橋增益量化為1，則逆變電源帶阻性負載時的傳遞函數為：（2-1）圖2-1開環(huán)控制系統帶不同負載時的波特圖圖2-1給出了在R取不同值時的系統波特圖，從圖中可以看出，隨著R取值的增加，系統的諧振峰值也增加。對于逆變電源而言，隨著負載電阻阻值的增加，LC濾波器對諧波的放大作用有增大的趨勢，因此，在空載情況下，將出現最高的諧振峰值。當時，系統的空載傳遞函數為：（2-2）由于的阻值很小，所以系統空載時傳遞函

4、數是一個欠阻尼系統，其動態(tài)性能較差，整個系統具有震蕩性，圖2-2為逆變電源空載時的波特圖，可以看出系統的穩(wěn)定裕度很小，所以必須對系統引入反饋控制。圖2-2開環(huán)控制系統空載時的波特圖2.2單電壓環(huán)反饋控制輸出電壓瞬時值單環(huán)控制是將逆變電源的輸出電壓直接與參考正弦給定相比較，其結構框圖如圖2-3所示，在這里采用P型調節(jié)器，圖中為參考正弦波輸入，為控制環(huán)調節(jié)器的增益系數，逆變橋增益量化為1。圖2-3逆變電源單電壓環(huán)反饋控制原理框圖忽略負載電流擾動，即空載時，由結構框圖可得到逆變電源正弦電壓給定對于實際輸出電壓U的傳遞函數為：（2-3）帶載時，負載電流擾動對于輸出電壓U的傳遞函數，即輸

5、出阻抗為：（2-4）圖2-4為單電壓反饋環(huán)控制系統空載時的波特圖，單電壓反饋控制通過對輸出電壓的瞬時值進行負反饋控制，設置比例調節(jié)器的參數可以使得系統較開環(huán)控制時有好一些的動靜態(tài)性能。增大，可以減少系統穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統的動態(tài)響應速度。但的增大，會減小系統的穩(wěn)態(tài)裕度，因此不可能取得過大；同時系統在空載時仍然是一個二階震蕩環(huán)節(jié)，空載時性能仍然較差。為進一步提高動態(tài)、靜態(tài)性能，可以增設電流內環(huán)反饋，從而構成多環(huán)反饋控制。圖2-4單電壓反饋環(huán)控制的波特圖2.3電感電流內環(huán)電壓外環(huán)反饋控制電感電流內環(huán)電壓外環(huán)的雙環(huán)反饋控制結構框圖如圖2-5所示，它在單電壓反饋控制的基礎上，以濾波電感電

6、流為反饋變量構成電流內環(huán)。圖2-5逆變電源電感電流內環(huán)電壓外環(huán)反饋控制原理圖上圖中，為系統輸入，即輸出電壓的參考正弦信號，逆變橋增益量化為1。根據結構框圖2-5可以得到逆變電源正弦電壓給定對于實際輸出電壓的傳遞函數為：（2-5）帶載時，負載電流擾動對于輸出電壓U的傳遞函數，即輸出阻抗為：（2-6）如2-6電感電流內環(huán)電壓外環(huán)的雙環(huán)反饋控制系統的波特圖取相同的系統參數，根據式2.5可以劃出基于電感電流的多環(huán)反饋控制系統的波特圖，如圖2-6所示。相比于開環(huán)控制系統的單電壓控制系統的波特圖，我們可以很清楚地看出系統的幅頻特性曲線在諧振頻率處的諧振尖峰已經被消除，這說明空載系統在該處的

7、震蕩問題得到很大的改善。同時，由相頻特性曲線也可以看出，系統的穩(wěn)定裕度也比原來大了許多。因此，濾波電感電流內環(huán)的引入，使濾波電感電流成為可控的電流源，這樣從電壓調節(jié)器的輸出到電感電流之間的部分可以看成一個近似的比例環(huán)節(jié)，使得系統的穩(wěn)定性大大提高；同時濾波電感電流內環(huán)對包含在環(huán)內的擾動，如輸入電壓的波動、死區(qū)時間的影響、變壓器鐵芯勵磁特性非線性的影響、電感參數的變化等都能起到及時的調節(jié)作用。且電流內環(huán)具有自然的限流功能。與單一的電壓瞬時值反饋控制方式相比，系統的穩(wěn)態(tài)性能與暫態(tài)性能都大大提高，特