逆变器原理框图



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。

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pr控制器在数字逆变电源应用研究

PR控制器在数字逆变电源中主要用于提升带不平衡负载时的电压精度，降低带非线性负载时的电压畸变率（THDv），并实现短路限流功能。 具体应用研究如下：

数字逆变电源的应用需求与挑战

数字逆变电源需满足船上交流日用负荷的用电需求，对输出电能质量有严格要求：

电压畸变率（THDv）：要求THDv小于5%。当逆变电源带非线性负载（如二极管整流负荷）时，交流滤波器的压降会导致输出电压含有大量低次谐波，以5次和7次谐波为主。若不采取抑制措施，非线性负荷较重时，THDv易超出规定要求。负载适应性：逆变电源不仅要带稳态平衡负载，还需带不平衡负载，并考虑从平衡负载到不平衡负载的动态切换。短路限流能力：在故障时需将电流限定在一定范围内，故障切除后能立即恢复供电。图1 数字逆变电源框图PR控制器的控制策略

为满足上述需求，PR控制器采用以下控制策略：

状态量变换：控制器状态量通过dq变换，将三相电压、电流从三相坐标系（C32）变换为直流量（dq坐标系）。在dq坐标系下，dq状态量产生耦合，为简化控制器设计，忽略dq轴状态量的耦合。双环控制策略：在dq轴采用电压外环、电感电流内环的双环控制策略。

正常运行时：双环同时工作，将负载电流视为扰动。

短路工况下：外环被旁路，内环指令为恒定值，仅内环工作，此时将电容电压视为干扰，被控对象为单电感模型。

图2 数字逆变电源控制框图PR控制器的具体实现电流内环控制控制器类型：电流内环控制器采用PI调节器。开环传递函数：$$GHc(S) = G_{pic}(S) frac{K_{pwm}G_d(S)}{sL + r}$$其中，$G_d$中的延时包括数字控制的一拍滞后和ZOH环节半拍滞后，滞后时间为1.5Ts。图3 电流内环控制框图电压外环控制控制设计：由于R控制器参数可独立设计，对系统稳定性影响不大，设计时先设计PI控制，再根据运行实际情况调整R控制。外环控制对象传递函数：谐振控制器加入：

为降低带整流型非线性负载引起的输出电压的5次和7次谐波电压含量，电压控制器中加入谐振频率为300Hz（6次谐波）的谐振控制器。

为降低带不平衡负载时输出电压的2次谐波，电压控制器加入谐振频率为50Hz的谐振控制。

改进后的电压控制器传递函数：参数计算方法：控制器具体参数可通过极点配置法进行计算，并在试验中进行调整。短路限流切换功能故障判断与切换：输出发生短路故障时，故障电流迅速上升，同时输出电压迅速下降。系统采样速度为12kHz，判断系统发生故障的最长时间为0.8ms。在此期间，由于电感的限流作用，短路电流不会上升过快。系统判断发生短路后，控制器瞬时从双环切换到单环限流运行，单环为电流环，用于迅速限制短路电流大小，限流电流跟踪给定值。故障切除与恢复：短路故障切除后，控制器瞬时从单环运行切换到双环运行，逆变器恢复正常。短路恢复的判据为电压明显升高。

PR控制器通过合理的控制策略和参数设计，有效提升了数字逆变电源在带不平衡负载时的电压精度，降低了带非线性负载时的THDv，并实现了可靠的短路限流功能，满足了船上交流日用负荷的用电需求。

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。

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