单相逆变器闭环控制

单相锁相环（一）基于二阶广义积分器的单相锁相环（SOGI-PLL）的matlab/simulink仿真

SOGI-PLL在单相并网逆变器和单相整流器应用中，提供准确快速的电网电压锁相功能，以获取频率、相位、幅值等信息。常规软件锁相技术采用dq旋转坐标变换，但实际单相系统缺乏三维坐标系，故Clark变换不适用。SOGI-PLL采用二阶广义积分器，产生90°相位差信号，不受频率影响，具有滤波特性，对高次谐波有衰减作用，简化了实现过程。SOGI电路的传递函数在无阻尼自然频率下表现为无限大增益的积分器。该电路在k=1.41时的频率响应表明，当输入信号频率为ω0时，输出信号d和q与输入信号f同相，而q滞后90°，且随谐波次数增加，系统对谐波衰减效果越显著。二阶广义积分器的离散化采用双线性变换法，确保输出信号正交，避免纹波出现。结合SRF-PLL，SOGI-PLL实现闭环控制，通过二阶广义积分器产生正交信号，经过Park变换得到vd和vq，送入PI调节器以输出瞬时角频率，进而积分得到相位值。Matlab/Simulink中的SOGI-PLL仿真模型验证了其在三相相电压有效值220V、频率50Hz条件下的性能。通过综合分析推荐论文和本篇文章，学习SOGI-PLL原理和应用的电力电子工程师能够迅速掌握相关技术。

PLECS RT Box 应用示例 11 (99)：单相逆变器（Single-Phase Inverter）

此演示模型专注于单相并网逆变器在50千瓦和单位功率因数下的运行，利用PLECS电气和控制域的功率级和控制实现。电厂与控制器模型被分为两个不同的子系统，分别部署在两个RT Box上，通过虚拟原型配置的37针Sub-D电缆进行连接，交换数字PWM信号和模拟电流测量值。对于硬件在环（HIL）或快速控制原型（RCP）应用程序的实时模型开发，此配置提供了一个潜在的起点。

离散化步长和平均执行时间的参数为每个子系统提供关键信息，以确保实时执行。RT Box上的实时执行要求模型使用固定步长解算器执行，参数指定生成代码的基本采样时间，并用于离散化物理模型和控制域状态空间方程。执行时间表示在RT Box硬件上执行PLECS模型的一个离散步骤所需的实际时间。处理器负载是执行时间与离散化步长的比率。

表1展示离散化步长和平均执行时间的详细数据，为构建高效实时模型提供指导。此模型针对两个RT Boxes应用程序，一个运行Plant模型，另一个运行Controller模型，以最小化每个实时目标的执行时间。若用户仅拥有一个RT Box，可参考针对一个RT Box应用程序的相应型号进行配置。

在电源电路中，直流电压源为Vdc=750 V，H桥由两个IGBT半桥电源模块组成，通过PWM捕获块生成开关信号。滤波电感和断路器连接到电网，实现与理想交流电压源（Vrms＝220V，f＝50Hz）的连接。直流电压、电网电压和电网电流通过模拟输出组件输出，比例因子和偏移配置将模拟输出电压限制在[-4 V，+4 V]范围内。

闭环控制器用于调节线路电流与电网电压的同步，包含基于正交信号发生器的锁相环（PLL）以检测电网的电角度和频率。PLL相位角输出转换为电网电流的参考信号，比例积分（PI）或比例谐振（PR）调节器在“Controller”子系统内部切换。调节器参数Kp和Ki使用最佳幅值规则设置，谐振频率选择等于电网频率，确保系统响应的优化。

在实时操作模式下，模型既可以在计算机上以离线模式运行，也可以在PLECS RT Box上以实时模式运行。实时操作过程中，可使用PLECS示波器“电子Elec”观察控制器箱上的测量值和中间信号，如电网相位角、PLL检测到的角频率以及测量的电网电压和电流。参考电流与测量电流的比较显示了使用PR调节器时测量电流滞后稍小的特性。电网电流的参考振幅可以通过调整控制器子系统中的增益块“Ip”进行改变，通过将“断路器Breaker”常数设置回0断开逆变器与电网的连接。

此模型展示了单相并网逆变器模型的实用性，适用于离线模拟和实时操作，支持硬件在环测试和快速控制原型设计。

1.1 单相全桥逆变器基础仿真之双极性调制与单极性调制的差异

单相全桥逆变器PWM调制技术主要分为单极性调制与双极性调制，其核心差异在于调制脉冲的极性。单极性调制中，调制信号ur为正弦波，载波uc在ur的正半周为正极性的三角波，在ur的负半周为负极性的三角波。在ur的正半周，V1保持通态，V2保持断态；在ur的负半周，V1保持断态，V2保持通态。输出uo的电平取决于ur与uc的关系。双极性调制中，在ur的半个周期内，三角波载波有正有负，产生的PWM波电平为±Ud，在ur的一个周期内，输出的PWM波只有两种电平。单极性调制的原理相对复杂，需要通过比较调制波与0的值来决定各开关器件的通断状态，而双极性调制则更为直观，只需要将调制波与载波比较即可产生PWM信号。在仿真搭建上，双极性调制模块的内部结构和参数设置相对简单，而单极性调制则需通过额外的逻辑处理来解决载波正负循环问题。仿真结果显示，在闭环控制条件下，单极性调制下的输出电流谐波含量更低，其性能远超双极性调制方式，同样开关频率下，输出电流的谐波含量显著减少。

单相正弦波脉宽调制逆变电路实验报告 开关死区时间对输出波形有何影响

为了防止桥臂功率管直通，需要加入死区时间，但死区时间的引入会带来调制失真，进而影响输出波形，使得谐波含量增加，THD增大，这种现象被称为死区效应。

输出电路通常包括输出滤波电路和EMC电路。若输出为直流电，则需在电路后端加入整流电路。对于隔离输出的逆变器，输出电路前级还应包括隔离变压器。依据是否需要稳压电路，输出电路可被分为开环和闭环控制。开环系统仅由控制电路决定输出量，而闭环系统则受反馈回路影响，从而使得输出更为稳定。

正弦波逆变器是一种将直流电转换为交流电的变换装置，通过控制半导体功率开关器件（如SCR、GTO、GTR、IGBT和功率MOSFET等）的导通和关断，实现直流电能向交流电能的转化。控制功率开关管导通和关断的电路即为逆变器的控制电路。

控制电路输出特定电压脉冲，使功率变换电路中的功率开关管按照预定规律导通和关断，此时功率主电路的输出将呈现特定的谐波组合，最终通过滤波电路得到所需的电压波形。

因此，通过调整死区时间，可以优化输出波形，减少谐波，提高逆变器的性能。合理设置死区时间对于改善输出波形质量和降低THD具有重要意义。

什么是逆变器双闭环电压控制

1. 电压和电流的双闭环控制是逆变器控制系统中一种常见的技术。

2. 这种控制策略涉及同时对逆变器输出的电压和电流进行调节。

3. 通过电流控制回路和电压控制回路的结合，可以达到优化输出波形和提高系统稳定性的目的。

4. 不是所有的逆变器控制器都采用双闭环电压控制，这取决于具体的应用需求和系统设计。

5. 逆变器的控制方式主要分为直接控制和间接控制两大类，这两种方法控制电流或电压的大小，以满足不同的控制目标。

湖北仙童科技有限公司 高端电力电源全面方案供应商 江生 13997866467