逆变电源控制策略.docx

逆变电源控制策略 一、逆变电源模型1.1固定负载模型 为简化模型，假定负载为阻性负载，忽略电容的寄生电阻与电感的电阻r，以电容电流i和输出电压U为控制变量，由此建立的逆变电源的等效模型为一个双输入单输出的系统，则逆变电源状态方程由下式求得： C竺=idt/U\di+丘7L—立（1-1）（U\=U-U-i+-kR7经变换得到状态方程的矩阵形式： X=AX+BudtnY=CX（1-2）（1-3）其中: 「U1 X= ；A= ? Li」 ； 0 1/C 厂八-1 0 1 r ；B= —— ； 1/L RC L」 J— r1LRL；c=h0] u=Un 由上式可得传递函数模型，一般只关心逆变电源输出电压，因此只给出电压传递函数表达式。逆变电源输出负载为R的滤波器S域传递函数模型为： （1-4）U=Gf（s）*UG（）R上①2/LCRs2+（rRC+L （1-4） G（）R上①2/LCRs2+（rRC+L）s+R+rLs2+2&①s+①2nnI，k=R/（R+r）nL （1-5） =J（R+r）l（LCR），&=（rRC+L）/（2LCR?）及R=3时，有：1 其中?n当逆变电源空载时 ①2—n- f。（）LCs2+rCs+1s2+2挪s+①2（二）n其中：?=JJ（LC），&=r/GJL/C） （1-6） 实际逆变电源负载不是唯一，总在一个额定范围内变动，为了保持在不同负载下模型的统一性，可将负载电流处理为扰动量。对逆变电源输出滤波器，取电容电压"与电容电流，作为状态变量，Un与io分别为输入量与扰动量，输出电压u为输出量，可以得到逆变电源输出滤波器线性双输入、单输出状态空间模型： ?U-= ? U - = Li」 0 -1/L 1/C 一r/L U + 0 U+ -1/C i l_i」 _1/L」 n 0 0 （1-7）上式表示成s域为：U=G^0（s）*U （1-7） 上式表示成s域为：U=G^0（s）*U 其中^0（'）同前 +G0（s）*i0-（LS+r）G0（s）=?2+Crs+］相应得传递函数框图模型如图1-1所示: （1-8） 图1-1逆变电源输出滤波器参数模型 I Lv+r - 二多环反馈控制的基本原理 在单电压环反馈控制中，负载扰动的影响最终在系统的输出电压中体现出来后，控制系统才开始有所反应，因此这种方法抵抗负载扰动的能力较弱。为了能在各种负载条件下使逆变电源输出高质量的电压波形，通过将电压和电流的瞬时值作为反馈量进行控制，从而解决各种负载带来的扰动以及抑制谐波，这将是比较合理的方案。本文所采用的三环控制方案就是利用电流内环的快速性、及时性来有效抑制负载扰动的影响。 2.1开环控制 在开环控制情况下，将逆变桥增益Kb量化为1，则逆变电源带阻性负载时的传递函数为： G(s)=U(s)_RU(s)LCRs2+(L+rRC)s+(R+r) G(s)= 图2-1 图2-1开环控制系统带不同负载时的波特图 图2-1给出了在R取不同值时的系统波特图，从图中可以看出，随着R取值的增加，系统的谐振峰值也增加。对于逆变电源而言，随着负载电阻阻值的增加，LC滤波器对谐波的放大作用有增大的趋势，因此，在空载情况下，将出现最高的谐振峰值。 当R*时，系统的空载传递函数为: U(s U(s) 1 LCs2+rCs+1 （2-2） 由于r的阻值很小，所以系统空载时传递函数是一个欠阻尼系统，其动态性能较差，整个系统具有震荡性，图2-2为逆变电源空载时的波特图，可以看出系统的稳定裕度很小，所以必须对系统引入反馈控制。图2-2 以必须对系统引入反馈控制。 图2-2开环控制系统空载时的波特图 2.2单电压环反馈控制 输出电压瞬时值单环控制是将逆变电源的输出电压直接与参考正弦给定相比较，其结构框图如图2-3所示，在这里采用P型调节器，图中Uc为参考正弦波输入，Kv为控制环调节器的增益系数，逆变桥增益、量化为1。 图2-3逆变电源单电压环反馈控制原理框图 图2-3逆变电源单电压环反馈控制原理框图 忽略负载电流扰动匕，即空载时，由结构框图可得到逆变电源正弦电压给定"c对于实际输出电压U的传递函数为： U(s U(s) K LCs2+rCs+(K+1) （2-3） 带载时，负载电流扰动，°对于输出电压U的传递函数，即输出阻抗为: （2-4）Ls+rLCs2+rCs+(K+ （2-4） 图2-4为单电压反馈环控制系统空载时的波特图，单电压反馈控制通过对输出电压的瞬时值进行负反馈控制，设置比例调节器的参数K可以使得系统较开环控制时有好一些的动静态性能。增大K，可以减少系统稳态误差，提高系统的动态响应速度。但K的增大，会减小系统的稳态裕度，因此K不可能取得过大；同时系统在空载时仍然是一个二阶震荡V环节，空载时性能仍然较差。为进一步提高动态、静态性能，可以增设电流内