逆变器电压前馈系数



PLECS 应用示例（77）：三相T型逆变器（Three-Phase T-Type Inverter）

三相T型逆变器在PLECS中的应用示例展示了以下关键点和特性：

电路与应用：

电路结构：该示例展示了一个用于并网应用的三相T型逆变器电路图。额定功率与转换：逆变器额定功率为22 kVA，能将800 V直流母线电压转换为三相60 Hz、480 V的交流配电。

器件选择与热性能评估：

SiC MOSFET：采用Wolfspeed SiC MOSFET，展示了如何选择不同额定电压、额定电流和RdsOn值的器件来评估其热性能。热模型：每个器件都被建模为具有定制掩模配置的子系统，包括MOSFET、体二极管以及热模型。

控制器设计：

解耦同步参考系电流控制器：用于生成dq电压参考，并通过独立的PI调节器将逆变器输出电流调节至设定点。去耦前馈项与PLL：使用简单的同步参考帧锁相环测量电压参考相位角，转换为三相电压参考，馈送到调制器。

调制方法与损耗分析：

调制器组件：实现SPWM、SVPWM、THIPWM、THZSPWM和DPWM等多种调制方法，以比较其对半导体损耗的影响。损耗比较：DPWM在单位功率因数下损耗最低，而SPWM和SVPWM在功率因数角接近0.5时显示出较高的损耗。

系统级电气规格与参数扫描：

试验控制器设置：通过操纵控制器设置、调制方案、开关频率、死区时间、控制器增益等参数，分析系统级电气规格。参数扫描：确定设计决策如何在一系列操作条件下影响转换器性能的有效方法。

热建模能力与应用：

热建模：该模型突出了PLECS的热建模能力。研究示例：可以作为研究控制器设计对其他拓扑结构效率影响的例子。

PLECS应用示例（88）:Z源逆变器（Z-Source Inverter）

本演示展示了一种用于燃料电池应用的电流控制三相Z源逆变器。图1显示了Z源逆变器的电路。Z源逆变器中独特的阻抗网络允许逆变器在降压和升压模式下运行。

阻抗源（或阻抗馈电）功率转换器，也称为Z-source逆变器（或转换器），使用由以X形状连接的分裂电感器和电容器组成的阻抗网络，将主转换器电路耦合到电源（或负载）。它可用于实现DC-AC、AC-DC、AC-AC和DC-DC功率转换，以取代传统的V源或I源转换器。

演示模型显示了Z源逆变器的一个示例，其中来自燃料电池源的直流电压被转换为三相交流输出。传统的V源逆变器（VSI）在没有额外的DC-DC升压级的情况下不能产生大于DC电压的AC输出电压。根据第2.1节中定义的降压-升压因子，Z源逆变器可以产生大于或小于DC电压的AC输出电压。需要一个与直流电源串联的二极管来防止反向电流。

在传统的VSI中，当DC电压施加在负载上时，有六种可能的有源开关状态（在三相支路中的每一个支路中只有一个上开关或下开关导通）和两种零状态（负载端子通过所有上开关或所有下开关短路）。Z源逆变器具有额外的零状态，当负载端子通过一个或两个或全部三相支路的上开关和下开关短路时。这种直通零状态为逆变器提供了独特的降压-升压特性。当直流电压足够高以产生所需的交流电压时，击穿零状态为非激活状态。否则，逆变器的等效直流输入电压将使用直通状态[1]升压。

锁相环（Phase-Locked Loop）PLECS组件库提供了一个同步参考帧锁相环（SRF-PLL）组件，如图2所示。它包含一个低带宽比例积分（PI）控制器，用于检测三相输入信号的相位角。然后，相位信息用于将AC输出电流和电压转换为旋转参考系（dq）[4]。

电流控制器（Current Controller）在交流侧的dq帧中，[公式] [公式] 其中，[公式] 和 [公式] 是电压， [公式] 和 [公式] 是电流， [公式] 是A相电压的峰值。交叉耦合项 [公式] 和 [公式] 是abc到dq变换的结果。为了实现简单的一阶对象，在控制器中提供它们作为前馈，以解耦q和d轴电流。

基于上述对象传递函数，使用K因子方法对电流控制器进行解析调谐。K因子方法是一种环路成形技术，其中可以针对指定的相位裕度和交叉频率准确地设计控制器。[2]中解释了使用K因子方法的控制器设计。

电流控制器的输出是一组三相正弦信号{Ma，Mb，Mc}。

射击任务计算器（Shoot-through duty calculator）当降压-升压因子BB大于1时，直通占空比计算器计算开环直通占空比d，如图4所示。

使用所提供的模型进行仿真，以观察PWM信号、输出交流电流和Z网络电容器电压。

在0.2 s时，d轴交流电流参考从5 A增加到10 A，在0.4 s时，q轴交流电流基准变为−5 A。观察输出dq电流遵循参考信号，如图6所示。

输出交流相电压为[公式] V，直到0.6s，见图7，输入直流电压为70V。因此，降压-升压因子BB为：

由于降压-升压因子大于1，所以启用直通占空比。Z源逆变器在升压模式下运行。从图8中可以观察到，穿透周期关于原始切换瞬间对称放置。

在0.6 s时，见图7，输入直流电压从70 V升压到190 V，新的调制指数计算如下：

由于降压-升压因子小于1，直通占空比为零，如图9所示。此时，Z源逆变器以降压模式工作，并使用传统的PWM调制方案。

该模型重点介绍了一个电流控制的三相Z源逆变器，展示了一些PLECS控制域组件，包括连续控制器方案和状态机调制器。状态机块评估由电流控制器生成的三相正弦调制指数信号的最大值和最小值，并插入适当的直通占空比值以获得新的比较信号。

三相逆变器的simulink仿真中电压电流双闭环控制参数到底如

在三相逆变器的Simulink仿真中，电压电流双闭环控制参数的设计与验证是关键步骤。首先，通过构建三相并网逆变器模型，确保数学模型能够与物理模型的输出相吻合，这为控制器设计提供了坚实基础。模型中通过加入电网电压前馈和解耦项，实现了对d、q分量的独立控制，使得在输入信号变化时，输出量不受影响，有效实现了解耦控制。

在控制器设计方面，采用PI控制器进行电流环控制。通过对比系统模型与典型二阶系统的特性，发现控制器参数设计时需考虑附加闭环零点对动态性能的影响。基于此，设计控制器参数以满足系统动态性能要求，如峰值时间提前、超调量增加等。同时，通过伯德图分析，直观验证了控制器设计的合理性。

针对调制器模型，详细讨论了开关过程中的调制器增益与控制延时。通过分析调制器输出特性，解释了其零阶保持器特性，以及控制周期内的延时效应。此外，系统模型中加入调制器增益与控制延时，确保了仿真模型的完整性与准确性。

总结而言，电压电流双闭环控制参数的设计需综合考虑数学模型与物理模型的匹配、解耦控制的实现、控制器动态性能的优化以及调制器特性的影响。通过上述步骤，能够有效设计出满足性能需求的控制器，确保三相逆变器在Simulink仿真中的稳定运行与高效控制。

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