逆变器双闭环pi控制



下垂控制

在电力系统中，下垂控制技术如同一道独特的光芒，照亮了分布式逆变器并联领域的高效运作。它巧妙地模拟了同步发电机的自然特性，实现了无需互连信号的自主控制，通过各逆变器的输出协同工作，实现有功调频与无功调压，展现了卓越的冗余性、经济性和可靠性。其控制流程犹如一场精密的交响乐，包含测量、坐标转换、功率计算、智能下垂调控、电压电流双闭环以及SPWM驱动的各个环节。

在电压电流双闭环控制中，精密的跟踪性能至关重要。PI调节器的参数调整需反复试验，确保系统稳定。内环采用1阶惯性设计，带宽设为fs/5，电流环P参数为50，I参数为100，而电压环P值为0.5，I值为10。电压环负责监控并调节电流增量，结合电容电流，精准地为电感电流设定目标值。电流环则依据此目标值控制电感电流，通过电压增量和压降，生成SPWM信号的dq轴分量，进一步转化为三相静止坐标系并标准化。

经过Simulink的仿真验证，令人惊叹的性能得以展现。在额定值附近，有功和无功功率保持稳定。当在0.5秒后加入负载，电流和功率相应增加，系统的响应迅速且准确。电压和电流波形平滑，谐波抑制效果显著。在负载增加的同时，无功功率提升，但电压幅值却有所减小。在0到0.5秒期间，由于恒定的有功功率，下垂控制确保了稳定的50Hz频率输出。而随着0.5秒后有功功率的增加，频率相应地进行微调，展现了下垂控制的动态平衡能力。

下垂控制，就像电力系统中的无形指挥家，通过精准调控，保证了电力质量，提升了系统的灵活性和效率，为现代电力系统提供了强大而可靠的解决方案。

什么是Park矢量变换

异步电机的d，q两相同步旋转坐标系下，电压方程可描述为：其中定子电压usd和usq，定子电流isd和isq，转子电流ird和irq，电阻Rs和自感Ls，电阻Rr和自感Lr，互感Lm，微分算子P，同步旋转角频率ω1，转差角频率ωs。通过调整isd，可以调节转子磁链ψr，保持isd不变时，ψr保持不变，其转矩方程为，电磁转矩Te由定子电流isq控制，从而调节电机转速。该系统采用双闭环结构，检测两相定子电流，经Clarke与Park变换，产生转矩电流分量和励磁电流分量，结合检测转速，通过电流模型计算磁链角。转速与给定转速误差经PI调节，生成转矩给定值，转矩电流与励磁电流误差经PI调节产生u小M，通过旋转坐标变换，输入SVPWM模块，产生PWM波，控制逆变器。

SVPWM是一种从电机角度出发，直接控制磁链圆形轨迹的电压空间矢量PWM技术。该方法不仅控制效果与SPWM相同，而且更直观，实现更方便。SVPWM通过交替使用电压空间矢量合成实现，由当前参考矢量所在扇区的两个电压矢量作用一定时间合成，通过插入零矢量补偿参考矢量旋转频率。

控制系统硬件由整流电路、中间直流电容滤波、IGBT模块封装逆变器等组成。控制电路核心为TI公司的电机专用控制芯片TMS320F2812，由DSP最小系统板与控制底板构成，实现采样调理、矢量控制及SVPWM调制算法。该系统还包括隔离开关电源、PWM驱动电路、转速转矩传感器及霍尔电流传感器等辅助电路。

定子电流通过霍尔传感器检测，调理电路后送入DSP的AD口，转换为数字信号。转速检测通过智能数字式转矩转速测量仪，光电开关输出脉冲信号，根据码盘齿数和频率计算转速。

控制系统软件分为两部分，主程序包括系统初始化、定时器初始化等，中断子程序包括ADC模块、Clarke/Park变换模块、Id/Iq与速度PID模块等。系统软件总体结构如图所示。

实验结果表明，该控制系统具有良好的动态和静态特性，开关频率5kHz，死区5.2μs，4极三相笼型异步电机，额定参数为：3kW、220V、7.5A、50Hz、1500r/min。实验结果显示，控制系统性能良好。

滞环电流控制

滞环电流控制

滞环电流控制，也被称为双闭环控制，是一种电流控制策略，其基本思想是通过给定三相电流信号，并与由电流传感器实测的三相电流进行比较，以其差值通过滞环比较器来控制功率开关，从而使实际电流值跟踪上参考电流值。

一、定义原理

滞环电流控制的核心在于滞环比较器的应用。滞环比较器具有一个环宽H，该环宽用于设定误差电流的允许范围。在工作时，给定的参考电流ic_ref与实测电流ic做差，得到的误差电流∆ic始终处于以0为中心，H和-H为上下限的滞环内。

具体工作过程如下：

当ic_ref - ic > H时，滞环比较器输出高电平，驱动上桥臂的开关器件S1导通，使ic增大。当ic增加到与ic_ref相等时，由于滞环的存在，滞环比较器仍然输出高电平，S1保持导通，ic继续增大。当ic - ic_ref > H时，滞环比较器翻转，输出低电平信号关断S1，并经过死区时间后驱动下桥臂的开关S4。但此时S4未必导通，因为ic（负载电流）并未反向，而是通过续流二极管D4维持原方向流通，其数值逐渐减小。

通过这种方式，实际电流被控制在给定电流的滞环范围内，实现了电流的跟踪控制。

二、仿真分析

为了更直观地理解滞环电流控制的工作原理，可以通过搭建仿真模型进行分析。

图2展示了滞环电流跟踪控制的框图，包括给定电流、电流传感器、滞环比较器、功率开关等关键部分。

图3是滞环电流跟踪控制的仿真模型，通过该模型可以模拟滞环电流控制的实际工作情况。

图4展示了通过滞环控制得到的波形分析。可以看出，逆变器的实际输出电流与给定值的偏差保持在-h~h之间，在给定电流上下做锯齿状变化。当给定电流为正弦波时，输出电流也十分接近正弦波。

三、优缺点及应用

滞环电流控制法具有控制精度高、响应速度快、电流跟踪能力强等优点。然而，滞环宽度H的选取对补偿电流跟踪指令电流的效果有直接影响，进而影响谐波补偿效果。此外，滞环电流控制因为电流纹波大、开关频率不确定等缺点，在实际应用中受到一定限制。

尽管如此，滞环电流控制在某些特定场合下仍然具有应用价值。例如，在需要快速响应和高精度电流控制的场合，滞环电流控制可以作为一种有效的解决方案。同时，随着电力电子技术的不断发展，滞环电流控制也有望在更多领域得到应用和优化。

综上所述，滞环电流控制是一种基于滞环比较器的电流控制策略，具有控制精度高、响应速度快等优点，但也存在电流纹波大、开关频率不确定等缺点。在实际应用中，需要根据具体需求选择合适的控制策略。

三相光伏并网逆变器中双闭环的作用

1. 在三相光伏并网逆变器中，双闭环控制系统的作用至关重要，它主要目的是为了提升整个光伏发电系统的稳态和动态性能。

2. 该系统中的内环电流控制器负责生成一个输出信号，这个信号被外环电压控制器用作其输入信号。

3. 通过这种内外环控制方式的共同作用，逆变器输出的电流和电压能够稳定且精确地满足电网的标准和要求。

4种派克(Park)变换、克拉克（Clark）变换与基于dq轴解耦的双闭环控制之间的关系(一)

4种Park变换、Clark变换与基于dq轴解耦的双闭环控制之间的关系主要体现在以下几个方面：

Park变换与dq轴解耦：

Park变换：是将三相静止坐标系转换为两相旋转坐标系的变换方法。四种常见的Park变换矩阵形式源自不同的abc坐标系与dq轴关系，每种形式有其特定的系数和表达方式。dq轴解耦：在dq轴坐标系下，通过适当的控制策略，可以实现电机定子电流的励磁分量和转矩分量的解耦控制，从而简化控制系统的设计。

Clark变换与Park变换的关联：

Clark变换：是将三相静止坐标系转换为两相静止坐标系的变换方法。它是Park变换的前置步骤，常用于电机控制的预处理阶段。关联：在进行Park变换之前，通常需要先通过Clark变换将三相电流转换为两相电流，然后再进行Park变换，将两相静止坐标系转换为两相旋转坐标系，以便进行dq轴解耦控制。

在双闭环控制中的应用：

双闭环控制：通常由电流内环和速度外环组成，用于实现电机的精确控制。Park变换的作用：在电流内环中，通过Park变换将三相电流转换为dq轴电流，实现对d轴和q轴电流的分别控制，从而实现对电机转矩和磁链的精确控制。整体控制策略：速度外环根据给定的速度指令和实际的电机速度反馈，调整d轴电流的给定值，以控制电机的转速；电流内环则根据d轴和q轴电流的给定值和实际值，调整逆变器的输出电压，以实现电流的快速跟踪。

综上所述，4种Park变换和Clark变换在基于dq轴解耦的双闭环控制中起着至关重要的作用，它们是实现电机精确控制的关键技术之一。

基于储能变流器的微电网并/离网无缝切换

基于储能变流器的微电网并/离网无缝切换

微电网作为智能配电网发展的关键环节，其关键作用在于具有并网与离网的无缝切换功能，这一功能保证了在大电网断电时，系统的关键负荷能够持续供电。通常，储能变流器（PCS）是实现微网系统并网/孤岛运行模式无缝切换的核心设备。

一、储能逆变器运行策略

并网运行的控制策略（P-Q运行模式）

在并网模式下，储能换流器依靠大电网提供的电压和频率的刚性支撑。电网中的负荷波动、电压和频率的扰动都由大电网承担，分布式电源不需要考虑电压和频率调节，即采用PQ控制模式。此时，储能换流器采用交流电网电压的有功无功解耦的控制策略，采取双闭环控制方式：外环采取功率控制，内环采用电流控制方式。

独立运行策略（V-F控制）

当大电网发生故障时，为了保证微网系统中的关键负荷不断电，智能微电网系统可根据需要进行独立运行。在独立运行时，储能变流器相当于系统中的一个电源，为微网系统提供合适的电压和频率。此时，储能变流器以电压电流双闭环模式（V/F模式）运行，为其他若干从逆变器提供稳定的电压和频率基准。

二、无缝切换的实现

基于储能变流器的微电网并/离网无缝切换主要包括两个过程：并网切换到独立运行和独立运行切换到并网运行。

并网切换到独立运行

当储能换流器在并网状态运行时，其控制策略为PQ控制。当交流电网发生故障时，并网点PCC处的电压会迅速下降，微电网接口处的保护装置会检测到这一扰动，并使PCC处的静止开关动作跳开，从而微电网和配电网形成两个单独的系统。此时，PCS的控制策略迅速切换为VF控制，为微电网提供稳定的电压和频率。

切换过程的关键点：

检测到电网故障并迅速动作：保护装置需要快速准确地检测到电网故障，并触发切换动作。

控制策略的快速切换：PCS需要在极短的时间内从PQ控制切换到VF控制，以保证微电网的稳定运行。

独立运行切换到并网运行

储能换流器从独立运行切换到并网运行是一个复杂的协调同期过程。这涉及到V-F运行策略的换流器与多个PQ模式的分布式电源换流器之间的协调。

切换过程的关键步骤：

频率同期调节：通过交流电网锁相环输出的信号来控制储能换流器PCS的调制频率，使微电网的频率与大电网的频率保持一致。

相位同期调节：比较交流电网电压相位与微网电压相位，通过调节获得储能换流器的调制相角，使两者相位同步。

电压幅值调节：比较交流电网电压幅值与微电网的电压幅值，通过调节PCS的VF运行策略下的电压外环参考值，使两者电压幅值相等或接近。

同期并网：在频率、相位和电压幅值都满足条件后，闭合PCC处的静止开关，实现微电网与大电网的并网运行。

三、无缝切换的挑战与解决方案

在采用主从控制的微网系统中，实现并网/孤岛模式之间的无缝切换面临一些挑战，尤其是电网突发性故障掉电的非计划性孤岛情况。此时，公共连接点（PCC）中流过的电流通常不为零，快速的强迫切换势必会造成瞬态冲击，出现电压或频率闪变。

解决方案：

预同步技术：在切换前进行预同步操作，使微电网的频率、相位和电压幅值与大电网接近或一致，减少切换时的瞬态冲击。平滑过渡控制策略：设计平滑过渡控制策略，如采用软切换技术，在切换过程中逐渐调整控制参数，使切换过程更加平稳。智能保护与切换装置：采用智能保护与切换装置，能够快速准确地检测到电网故障并触发切换动作，同时保证切换过程中的安全性和可靠性。

综上所述，基于储能变流器的微电网并/离网无缝切换是实现微电网稳定运行和可靠供电的关键技术之一。通过合理的控制策略和切换技术，可以有效地解决无缝切换过程中的挑战和问题，为微电网的广泛应用提供有力支持。

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