逆变器框图



微电网逆变器PQ控制_SIMULINK_模型搭建详解

微电网逆变器PQ控制SIMULINK模型搭建详解

PQ控制，即恒功率控制，是微电网逆变器的一种经典控制方式。在PQ控制下，电压和频率由电网给定，通过控制电流进而控制输出的功率为给定值。因此，PQ控制本质上是一种电流控制。以下将详细介绍如何在SIMULINK中搭建PQ控制的微电网逆变器模型。

一、PQ控制控制思路

PQ控制的控制框图如下所示：

通过功率环得到电流的参考信号，再经过电流环PI调节，可以得到参考波的dq轴分量。经过2r/3s逆变换后，得到三相调制波，通过SPWM调制送给六路开关管即可完成控制。

二、仿真模型搭建

功率电路部分

功率电路部分包括直流源、两电平变换器、LC滤波器、电网及线路阻抗。采样输出的电压电流信号送入控制部分。

控制电路部分

控制电路部分主要利用电压电流信号求得瞬时功率，进行电压锁相，以及坐标变换。功率指令求得电流的参考信号，经过电流环PI调节得到三相调制波。

瞬时功率计算：根据采样得到的电压和电流信号，计算瞬时有功功率和无功功率。

电压锁相：通过锁相环（PLL）得到电网电压的相位信息。

坐标变换：将三相电压和电流信号从abc坐标系变换到dq坐标系。

功率指令与电流参考信号：根据给定的有功功率和无功功率指令，计算得到电流的参考信号。

电流环PI调节：将电流的参考信号与实际电流进行比较，通过PI调节器得到调制波的dq轴分量。

（注：图中所示为有功10kW，无功为0的情况）

SPWM发波部分

SPWM发波部分采用双极性调制方式，确定六路PWM脉冲信号。将调制波的dq轴分量经过2r/3s逆变换得到三相调制波，与载波进行比较，得到六路PWM脉冲信号，用于控制六路开关管。

三、仿真结果

输出功率

仿真结果显示，输出的有功功率为10kW，无功功率为0，能够准确跟踪给定信号。

输出电压电流信号

仿真得到的输出电压和电流信号波形稳定，无明显谐波。

电流信号的THDi

测量此时电流信号的总谐波失真（THDi）为0.84%，满足电网小于5%的要求。

四、总结

本文详细介绍了PQ控制的微电网逆变器在SIMULINK中的模型搭建过程，包括功率电路部分、控制电路部分和SPWM发波部分的搭建。仿真结果显示，该模型能够准确跟踪给定的有功功率和无功功率指令，输出电压和电流信号波形稳定，电流信号的THDi满足电网要求。希望本文能够为读者在微电网逆变器控制方面的研究和应用提供参考。

半导体IGBT IPM 模块的详解---基础篇(21)；

半导体IGBT IPM 模块详解——基础篇(21)

IPM（Intelligent Power Module）概述

IPM，即智能功率模块，是集成了IGBT、MOSFET等功率元器件单体与驱动电路、保护电路等电路的模块统称。其名称中的“Intelligent”体现了该模块在驱动条件和保护功能上的高度优化，以及使用的便捷性。IPM的出现，极大地推动了功率器件向模块化、复合化和功率集成电路(PIC)方向的发展。

IGBT在IPM中的应用

IGBT（绝缘栅双极型晶体管）是IPM中的核心功率开关器件。它结合了GTR（大功率晶体管）的高电流密度、低饱和电压和耐高压的优点，以及MOSFET（场效应晶体管）的高输入阻抗、高开关频率和低驱动功率的优点。这种结合使得IGBT在电力电子领域具有广泛的应用前景。

IPM的内部结构

IPM内部不仅集成了IGBT等功率元器件，还集成了逻辑、控制、检测和保护电路。这些电路的集成，使得IPM的使用变得非常方便，同时也减小了系统的体积，缩短了开发时间，并大大增强了系统的可靠性。

IPM与功率模块的区别

功率元器件的主要形态包括元器件单体（分立产品）、功率模块和IPM。功率模块是将多个分立元器件组合在一个封装中的产品，但驱动电路和保护电路需要另备。而IPM则更进一步，将驱动电路和保护电路也集成在了模块内部，从而实现了更高的集成度和使用便捷性。

IGBT IPM的框图与封装示例

IGBT IPM最常见的应用之一是作为逆变器结构的一部分。以下是一个由6个IGBT和三相栅极驱动器组成的逆变器结构的IGBT IPM的框图以及封装示例：

框图：框图展示了IPM内部的主要组成部分，包括6个IGBT（通常分为三组，每组两个，分别用于三相逆变器的上桥臂和下桥臂）、三相栅极驱动器、自举二极管（用于驱动高边N沟道IGBT）以及快速恢复二极管（用于再生过程）。封装示例：封装示例展示了IGBT IPM在实际应用中的物理形态。从封装示例中可以看出，IPM的引脚数量较多，这是因为其内部集成了多个元器件和电路。同时，IPM的封装也经过了精心设计，以确保其在使用过程中的稳定性和可靠性。

总结

IPM作为一种高度集成的智能功率模块，在电力电子领域具有广泛的应用前景。其内部集成了IGBT等功率元器件以及驱动电路、保护电路等，使得使用变得非常方便。同时，IPM还减小了系统的体积，缩短了开发时间，并大大增强了系统的可靠性。随着电力电子技术的不断发展，IPM的应用将会越来越广泛。

微电网逆变器VF控制_SIMULINK_模型搭建详解_附加“仿真”教程

微电网逆变器VF控制SIMULINK模型搭建详解及仿真教程

VF控制概述

VF控制，即恒压恒频控制，是微电网逆变器中常用的一种控制策略。它通过维持输出电压和频率的恒定，确保微电网的稳定运行。本期将详细介绍VF控制在SIMULINK中的实现方案，并附带对标实际控制器的仿真教程。

VF控制框图

VF控制的核心框图如下所示：

该框图展示了VF控制的基本结构，包括电压电流双闭环控制、SPWM发波等关键部分。

电压电流双闭环解耦控制

电压电流双闭环解耦控制是VF控制中的关键技术。通过双闭环控制，可以获得三相参考电压信号，进而实现逆变器的精确控制。其控制框图如下所示：

VF控制要点

电压电流双闭环获得三相参考电压信号：通过电压外环和电流内环的双闭环控制，获得精确的三相参考电压信号。SPWM发波：利用SPWM技术，产生6路PWM信号，控制逆变器的开关动作。仿真参数：控制步长设为1e-4，仿真步长设为1e-6，以确保仿真的准确性和稳定性。

仿真模型搭建

功率电路部分

功率电路部分主要包括直流源、LC滤波器以及负载。其SIMULINK模型如下所示：

控制电路部分

控制电路部分是VF控制的核心，包括电压电流双闭环控制、锁相环等。其SIMULINK模型如下所示：

在控制电路中，电压电流双闭环控制通过比较实际电压与参考电压的差值，调整电流指令，进而实现电压的稳定控制。锁相环则用于获取电网的相位信息，确保逆变器与电网的同步运行。

仿真结果

通过SIMULINK仿真，可以得到以下结果：

从仿真结果可以看出，输出电压维持恒定，且THD（总谐波失真）指标满足要求，验证了VF控制策略的有效性。

仿真与实际控制的差异及解决方法

在实际应用中，有时会发现仿真结果与实际波形存在较大差异。这主要是因为实际控制器的步长很难达到仿真中的1e-6。为了解决这个问题，可以通过trigger模块分割仿真过程，使控制部分运行在1e-4步长，而功率电路部分运行在1e-6步长。这样既能保证仿真的准确性，又能更接近实际控制器的运行情况。

总结

本文详细介绍了VF控制在SIMULINK中的实现方案及仿真教程。通过搭建功率电路和控制电路模型，并设置合适的仿真参数，可以得到准确的仿真结果。同时，本文还探讨了仿真与实际控制的差异及解决方法，为实际应用提供了有益的参考。

最后，欢迎大家留言或加微信（SQG_SDU）一起讨论，共同进步。

BLDC滞环控制仿真

BLDC滞环控制仿真

BLDC（无刷直流电机）滞环控制仿真是一种有效的电机控制策略验证方法。以下将详细介绍如何使用GCKontrol搭建BLDC及其滞环控制模型，并进行仿真分析。

一、系统设计与模型搭建

系统设计框图

BLDC控制系统设计框图如图1所示，主要包括控制器模型、电压逆变器模型、电机本体模型和霍尔传感器模型。

模型搭建

使用GCKontrol搭建的BLDC电机系统视图如图2所示。

二、BLDC本体模块

电流与电压

BLDC定子绕组为三相星形连接，无中线引出。各相绕组的电压、电流和反电动势的关系如图3和相关公式所示。

反电动势波形如图5所示，采用分段线性法建立梯形波反电动势波形。

转矩与转速

电机的电磁转矩由绕组的合成磁场和转子磁场相互作用产生，计算公式如图7所示。电机的运动方程和转速计算模块如图8所示。

三、霍尔传感器

霍尔传感器可以检测磁场的变化，并将磁场方向变化信号转化成不同的高低电平信号输出。通过检测霍尔传感器的输出信号，可以判断电机的电角度位置，用于判断参考电流信号。霍尔传感器磁场检测示意图和信号变化示意图如图9和图10所示。

四、控制模型

转速控制

转速控制采用PID控制算法，输出为三相参考电流，限定幅度为±20A。电机转速控制模块如图11所示。

参考电流

参考电流模块根据电流幅值信号和位置信号给出三相参考电流，直接输入电流滞环控制模块。

电流滞环控制模块

电流滞环控制模块采用滞环控制原理实现电流的调节。滞环型PWM逆变器的工作原理如图12所示。当给定电流值与反馈电流值的瞬时值之差达到滞环宽度正边缘时，逆变器开关管VT1导通，VT2关断，电流上升；反之，当差值达到滞环宽度负边缘时，VT1关断，VT2导通，电流下降。

五、逆变器模块

本示例工程使用三相半桥逆变器作为驱动电路，其拓扑图如图13所示。逆变器通过滞环控制输出的PWM波进行控制，实现逆变器功能，驱动电机转动。逆变器等效模型如图14所示。

六、仿真分析

模型参数

模型参数设置如图15所示。

仿真结果

仿真结果如图16和图17所示。在0.2S时，电机期望转速由500rpm阶跃至1500rpm；在0.5S时，电机期望扭矩由0Nm阶跃至0.1Nm。从结果可以看出，电机转速与扭矩能够很好地跟随设定值变化，跟随性良好。

七、总结

使用GCKontrol搭建控制模型及电机模型，可以完整实现BLDC电机的滞环控制仿真。从仿真结果可以看出，电机的反电动势及电流曲线与理论一致，能够很好地模拟电机运行的情况，方便后续进行数据分析验证。此外，使用GCKontrol搭建的模型支持生成C代码，可以载入嵌入式开发板中，实现电机的控制系统开发集成，也可将电机模型封装为FMU载入GCAir等软件中进行实时仿真与HIL测试等工作。

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