LCL型并网逆变器中重复控制方法研究
逆变电源的几种控制算法
逆变电源广泛运用于各类：电力、通讯、工业设备、卫星通信设备、军用车载、医疗救护车、警车、船舶、太阳能及风能发电领域。 在电路中将直流电转换为交流电的过程称之为逆变，这种转换通常通过逆变电源来实现。这就涉及到在逆变过程中的控制算法问题。 只有掌握了逆变电源的控制算法，才能真正意义上的掌握逆变电源的原理和运行方式，从而方便设计。在本篇文章当中，将对逆变电源的控制算法进行总结，帮助大家进一步掌握逆变电源的相关知识。 逆变电源的算法主要有以下几种。 数字PID控制 PID控制是一种具有几十年应用经验的控制算法，控制算法简单，参数易于整定，设计过程中不过分依赖系统参数，鲁棒性好，可靠性高，是目前应用最广泛、最成熟的一种控制技术。它在模拟控制正弦波逆变电源系统中已经得到了广泛的应用。将其数字化以后，它克服了模拟PID控制器的许多不足和缺点，可以方便调整PID参数，具有很大的灵活性和适应性。与其它控制方法相比，数字PID具有以下优点： PID算法蕴涵了动态控制过程中过去、现在和将来的主要信息，控制过程快速、准确、平稳，具有良好的控制效果。 PID控制在设计过程中不过分依赖系统参数，系统参数的变化对控制效果影响很小，控制的适应性好，具有较强的鲁棒性。 PID算法简单明了，便于单片机或DSP实现。 采用数字PID控制算法的局限性有两个方面。一方面是系统的采样量化误差降低了算法的控制精度；另一方面，采样和计算延时使得被控系统成为一个具有纯时间滞后的系统，造成PID控制器稳定域减少，增加了设计难度。 状态反馈控制 状态反馈控制可以任意配置闭环控制系统的极点，实现了逆变电源控制系统极点的优化配置，有利于改善系统输出的动态品质，具有良好的瞬态响应和较低的谐波畸变率。但在建立逆变器的状态模型时将负载的动态特性考虑在内，因此状态反馈控制只能针对空载和已知的负载进行建模。由于状态反馈控制对系统模型参数的依赖性很强，使得系统的参数在发生变化时易导致稳态误差的出现和以及动态特性的改变。例如对于非线性的整流负载，其控制效果就不是很理想。 重复控制
四桥臂三相逆变器的控制策略
四桥臂三相逆变器的控制策略 阮新波严仰光 摘要提出了一种新型的三相四线逆变器，它有四个桥臂，第四个桥臂用来构成中点，从而省去了三相三桥臂逆变器中的中点形成变压器，减小了逆变器的体积和重量。针对这种逆变器，本文提出了一种电流调节器，它根据三相滤波电感电流和给定电流的误差值最大的那相选择逆变器的开关模态。为了消除输出相电压的静态误差，本文讨论 了一种基于PI调节器改进的电压调节方案。仿真结果表明，本文的思路是可行的。本 文为构造大功率、高效率的三相四线逆变器提供了可靠的理论基础。 关键词：三相逆变器控制策略 The Control Strategy for Three-Phase Inverter with Four Bridge Legs Ruan Xinbo Yan Yangguang （Nanjing University of Aeronaut ics & Astronautics 210016 China） Abstract A novel three phase inverter with four bridge legs i s presented in this paper.The inverter eliminates the neutral forming transforme r by adding a bridge leg to form neutral point to provide balanced voltages to a ny kinds of three phase loads.The principle of the inverter is analyzed,and a ne w current regulator,which chooses switching modes a ccording to the maximum cur rent error of filter inductance current and the reference current is proposed.Th e modified voltage regulator on the basis of PI regulator is proposed to elimina te output voltage static error under any load conditions. Keywords:Three-phase Inverters Control strategies 1 引言 三相逆变器一般是采用三个桥臂组成的拓扑结构，为了给不对称负载供电，必须在 输出端加入一个中点形成变压器(Neutral Formed Transformer，NFT)，如图1所示。中点形成变压器是变比为1的自耦变压器，工作频率为输出交流电的频率，体积和重 量很大，而且体积和重量随着负载不对称的程度变化而变化，不对称度越大，NFT的体积重量也就越大。
重复控制逆变器并网电流控制技术研究
龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/3e9672992.html, 重复控制逆变器并网电流控制技术研究 作者：陈凯张杰 来源：《中国测试》2015年第03期 摘要：针对在逆变电源系统中因模型的不精确及系统负载的非线性、以及常规方法中基于完美对消思想设计的重复控制器无法满足逆变电源的控制需求且设计复杂等问题，提出一种新的重复控制器设计方法，利用数字滤波器代替重复控制补偿器，并将内模系数和补偿器等效为同一个低通滤波器。将改进后的重复控制器与PI控制相结合，形成复合式控制系统，进一步提高电流跟踪速度，减小电流谐波含量。并通过运行Matlah仿真模型和具体实验平台测试，验证该方法的可行性和良好性能。 关键词：比例积分控制；重复控制；总谐波失真（THD）；并网逆变器 文献标志码：A 文章编号：1674-5124（2015）03-0091-05 0 引言 并网逆变器是分布式并网发电系统的关键部分，它将直流电能变换成交流电能并传输到公共电网，供电网负载使用。为减小对电网的污染，分布式并网发电系统必须具有高功率因数和低并网电流谐波含量。根据IEEE的相关标准，对于太阳能光伏发电系统和风力发电系统，允许的最大电流谐波含量为5%。 应用最为广泛的并网控制算法是比例积分（PI）控制、谐振控制（PR）和重复控制。PI 控制具有简单、易离散、参数整定确定和鲁棒性强等特点，但是其难以精确跟踪时变的交流正弦信号，系统将存在稳态误差；PR控制具有良好的稳态性能，可以提高输出电流质量，但前提是每一个谐波频率都对应一个谐振控制器；重复控制是一种基于内模原理的控制方法。重复控制能够消除周期性误差信号和最小化电流谐波含量，已广泛用于逆变系统中。但是由于重复控制器中周期延时的存在，使得重复控制器不能立即输出，而是延迟到下一个周期才会输出，而对于当前周期的误差信号没有任何调节作用，因此系统动态性能较差。 本文首先分析光伏并网逆变器系统模型和重复控制理论，提出一种改进的重复控制器设计方法，并将改进后的方法用于与PI控制相结合的复合式控制系统。 1 并网电流控制系统建模 并网光伏发电系统一般由光伏电池板、并网逆变器和电网组成。单相并网逆变器的核心部分一般包括逆变电桥和LC滤波器。逆变电桥完成高频调制，实现直流变换为交流，再经LC 滤波器后得到并网电流。并网环节核心电路如图l（a）所示。
逆变电源控制算法哪几种
https://www.360docs.net/doc/3e9672992.html,/ 逆变电源广泛运用于各类：电力、通讯、工业设备、卫星通信设备、军用车载、医疗救护车、警车、船舶、太阳能及风能发电领域。 在电路中将直流电转换为交流电的过程称之为逆变，这种转换通常通过逆变电源来实现。这就涉及到在逆变过程中的控制算法问题。 只有掌握了逆变电源的控制算法，才能真正意义上的掌握逆变电源的原理和运行方式，从而方便设计。在本篇文章当中，将对逆变电源的控制算法进行总结，帮助大家进一步掌握逆变电源的相关知识。 逆变电源的算法主要有以下几种。 数字PID控制 PID控制是一种具有几十年应用经验的控制算法，控制算法简单，参数易于整定，设计过程中不过分依赖系统参数，可靠性高，是目前应用最广泛、最成熟的一种控制技术。它在模拟控制正弦波逆变电源系统中已经得到了广泛的应用。将其数字化以后，它克服了模拟PID控制器的许多不足和缺点，可以方便调整PID参数，具有很大的灵活性和适应性。与其它控制方法相比，数字PID具有以下优点：
https://www.360docs.net/doc/3e9672992.html,/ PID算法蕴涵了动态控制过程中过去、现在和将来的主要信息，控制过程快速、准确、平稳，具有良好的控制效果。 PID控制在设计过程中不过分依赖系统参数，系统参数的变化对控制效果影响很小，控制的适应性好，具有较强的鲁棒性。 PID算法简单明了，便于单片机或DSP实现。 采用数字PID控制算法的局限性有两个方面。一方面是系统的采样量化误差降低了算法的控制精度；另一方面，采样和计算延时使得被控系统成为一个具有纯时间滞后的系统，造成PID控制器稳定域减少，增加了设计难度。 状态反馈控制 状态反馈控制可以任意配置闭环控制系统的极点，实现了逆变电源控制系统极点的优化配置，有利于改善系统输出的动态品质，具有良好的瞬态响应和较低的谐波畸变率。但在建立逆变器的状态模型时将负载的动态特性考虑在内，因此状态反馈控制只能针对空载和已知的负载进行建模。由于状态反馈控制对系统模型参数的依赖性很强，使得系统的参数在发生变化时易导致稳态误差的出现和以及动态特性的改变。例如对于非线性的整流负载，其控制效果就不是很理想。
逆变电源重复控制技术的研究
收稿日期:2003205219. 作者简介:赵 金(19672),男,副教授;武汉,华中科技大学控制科学与工程系(430074).基金项目:“十?五”海军武器装备预研项目. 逆变电源重复控制技术的研究 赵 金 延烨华 徐金榜 万淑芸 (华中科技大学控制科学与工程系) 摘要:针对逆变电源控制系统,提出了一种基于重复控制技术的控制方法.重复控制是一种基于内模原理的控制策略.在逆变电源带非线性负载时,它是对输出电压波形进行改善的一种有效手段.分析了重复控制的基本原理,讨论了系统的稳定性和收敛性,并给出了相应的证明.在此基础上,针对重复控制器各个部分,提出了详细的参数选择设计方案.仿真结果表明本方案正确、可行.关 键 词:逆变电源;重复控制;仿真 中图分类号:TM571 文献标识码:A 文章编号:167124512(2003)1220025204 输出电压谐波含量是逆变电源的一项重要指 标.当前研究的一个热点问题就是如何降低逆变电源带非线性负载时的波形失真,抑制谐波,提高电压品质.现有的方案试图通过提高系统的动态响应速度来抑制负载扰动[1～3],都取得了一定的效果.但这类方法存在的共同问题就是需要检测多个变量,硬件的成本高,给在实际产品中大量应用带来了一定的难度.本文着眼于系统的稳定性和收敛性,给出了参数选择的具体方法,并通过仿真证明其正确性. 1 重复控制原理 1.1 数学模型 重复控制所基于的内模原理指出:如果产生参考输入指令的模型包含在稳定的闭环系统内部,那么被控系统的输出可以无静差的跟踪该参考输入指令[4].重复控制的内模如图1所示,图中T d 为单位延迟时间,T 为基波周期,N 为每基波周期对输出信号的采样次数 . 图1 重复控制的内模 重复控制系统的结构框图如图2所示,其中虚线框内的结构即为重复控制器.当误差e 周期性地重复出现时,控制器的输出逐周期累加;当e 为零时,控制器维持并周期性地输出上周期的波形 . 图2 重复控制系统结构框图 图2中,r 为输入信号;e 为误差信号;y 为输出信号;r c 为重复控制器叠加于输入r 上的校正量;d 为扰动信号.各环节意义为:z -N 为周期延时正反馈环节,对误差进行逐周期地积分,N 为 每基波周期对输出信号的采样次数;辅助补偿器Q (z )是为了增强系统鲁棒性而设计的;超前环节z k 的作用是使控制器根据上一周期的误差信息在下一周期提前k 拍发出校正量,k 为超前步长;比例系数K r 最终确定校正量r c 的幅值;补偿器S (z )改造被控对象特性,保证系统稳定;P (z )是控制对象的传递函数. 由图2,利用叠加原理可推导出系统误差与输入和扰动的关系 e (z )= [1-P (z )][z N -Q (z )] z N -[Q (z )-z k K r S (z )P (z )] ?r (z )+ Q (z )-z N z N -[Q (z )-z k K r S (z )P (z )] d (z ).(1) 1.2 稳定性分析 由式(1),得系统的特征方程为 z N -[Q (z )-z k K r S (z )P (z )]=0, (2) 第31卷第12期 华 中 科 技 大 学 学 报(自然科学版) Vol.31 No.122003年 12月 J.Huazhong Univ.of Sci.&Tech.(Nature Science Edition ) Dec. 2003
微网逆变器H∞重复控制
微网逆变器H∞重复控制 本文提出了一种微网并网逆变器的电压控制器设计方法。这种逆变器通常与小型供能单元结合使用。其输出电压控制器的设计基于H∞及重复控制技术。即使在带非线性负载或者电网波形畸变时，仍可以保证输出电压谐波畸變率很低。控制器含有一个无穷维内在模型，可以消除所有与电网电网同频或者高频大约超过1.5kHz的动态扰动。 标签：DC-AC功率转换器；H∞控制；微网；重复控制；THD；电压控制 许多与分布式系统或者与微网连接的负载都是非线性的，会产生畸变的谐波电流。最典型例子就是线性负载与晶闸管串联以及直流侧电容。同时，许多负载都是单相的，因此可能出现较大的零序和负序电流分量。由于对于谐波电流而言电网阻抗相对较高，因此其将在相邻的供电用户侧引起电压畸变。而允许发电单元逆变器控制微网电压将可以使其电能质量更好。假设一个外部的控制环，通过选择合适的参考电压并调节其相对于电网的幅值和相位，来调节微网和大电网间功率交换。通过电压控制器对参考电压的跟随来实现小的THD。控制器输出受到非正弦电流、负载电流变化、电网电压波动和畸变、直流侧电压的影响。 1 中线臂电路模型 图1电路由中线臂和三相逆变器组成，逆变器部分的结构可以是三电平或多电平等形式。中线臂包括两个开关管、两个参数尽可能一致的电容和一个电感。中线臂控制器为开关管S1和S2提供触发脉冲，控制目标。①为维持电容器组的中点电压接近实际直流侧电压的一半，可通过控制使电感电流iL等于中线电流iN（使电容器没有电流通过）来实现；②为抑制系统内部和外部扰动。 2 H-∞控制器设计 由于各种复杂因素的影响，控制系统本身存在不确定性，包括数学模型本身的不确定性和外界干扰的不确定性，经典控制理论利用充分大的幅值增益和相位裕度使反馈系统在较大震动时，仍能保持系统性能并有效抑制干扰，但其无法直接应用于MIMO系统，H∞控制理论作为现代鲁棒控制理论的重要方法，可以克服不确定性的影响，同时维持系统运行的稳定性。本文三相四线制微源逆变器中线电流抑制和中点稳定问题采用H-∞控制理论解决。 如图2所示，中线臂控制器的控制目标是维持中性点稳定，兼顾维持系统稳定性的同时使Vave尽可能的小。根据H∞控制理论标准控制框图和中线臂控制模型构造控制器。摄动为中线电流iN，V0为等效 本文研究了由中性臂和直流电容组成的中点平衡控制模型。采用这种模型的有点是可以对中线臂控制电路采用高频宽鲁棒控制，从而避免大电容的使用或消耗无功平衡。对中性臂的控制归结为一个H无穷控制问题。仿真和实验结果证
逆变器原理
太阳能光伏并网控制逆变器工作原理及控制方法摘要：太阳能光伏发电是21世纪最为热门的能源技术领域之一，是解决人类能源危机的重要手段之一，引起人们的广泛关注。本文介绍了太阳能光伏并网控制逆变器的工作过程，分析了太阳能控制器最大功率跟踪原理，太阳能光伏逆变器的并网原理及主要控制方式。 1 引言： 随着工业文明的不断发展，我们对于能源的需求越来越多。传统的化石能源已经不可能满足要求，为了避免面对能源枯竭的困境，寻找优质的替代能源成为人们关注的热点问题。可再生能源如水能、风能、太阳能、潮汐能以及生物质能等能源形式不断映入人们的眼帘。水利发电作为最早应用的可再生能源发电形式得到了广泛使用，但也有人就其的环境问题、安全问题提出过质疑，况且目前的水能开发程度较高，继续开发存在一定的困难。风能的利用近些年来也是热点问题，但风力发电存在稳定性不高、噪音大等缺点，大规模并网对电网会形成一定冲击，如何有效控制风能的开发和利用仍是学术界关注的热点。在剩下的可再生能源形式当中，太阳能发电技术是最有利用价值的能源形式之一。太阳能储量丰富，每秒钟太阳要向地球输送相当于210亿桶石油的能量，相当于全球一天消耗的能量。我国的太阳能资源也十分丰富，除了贵州高原部分地区外，中国大部分地域都是太阳能资源丰富地区，目前的太阳能利用率还不到1/1000。因此在我国大力开发太阳能潜力巨大。 太阳能的利用分为“光热”和“光伏”两种，其中光热式热水器在我
国应用广泛。光伏是将光能转化为电能的发电形式，起源于100多年前的“光生伏打现象”。太阳能的利用目前更多的是指光伏发电技术。光伏发电技术根据负载的不同分为离网型和并网型两种，早期的光伏发电技术受制于太阳能电池组件成本因素，主要以小功率离网型为主，满足边远地区无电网居民用电问题。随着光伏组件成本的下降，光伏发电的成本不断下降，预计到2013年安装成本可降至1.5美元/Wp，电价成本为6美分/(kWh)，光伏并网已经成为可能。并网型光伏系统逐步成为主流。本文主要介绍并网型光伏发电系统的系统组成和主要部件的工作原理。 2 并网型光伏系统结构 图1所示为并网型光伏系统的结构。并网型光伏系统包括两大主要部分：其一，太阳能电池组件。将太阳传送到地球上的光能转化成直流电能；其二，太阳能控制逆变器及并网成套设备，负责将电池板输出直流电能转为电网可接受的交流能量。根据功率的不同太阳能逆变器的输出形式可为单相或者三相；可带隔离变压器，也可不配隔离变压器。
逆变电源并联均流的PI控制和重复控制结合的复合控制方法研究
逆变电源并联均流的PI控制和重复控制结合的 复合控制方法研究 董杰荣雅君 可有效地抑制非线性负载所引起的扰动，减小输出电压畸变 在复合控制下，逆变电源输出电压能很快达到稳态，具有良好的动态特性。 AC 图1 PI控制与重复控制复合控制框图 t/ms （0.02s/格） u / V ( / 格 ) 1 V 图2 重复控制时输出电压与电流波形(带非线性负载) 0.1ms/格 1 V / 格 图3复合控制后输出电压波形(带非线性负载)
逆变电源并联均流的电压与电流瞬时值反馈控制方案 董杰 荣雅君 根据电压与电流的瞬时值进行控制 减小输出电压畸变，保证波形质量 U 图5 电路原理图 图6 双闭环控制波形 基于模糊聚类分析的逆变电源并网运行的孤岛检测
及保护判据研究 荣雅君 殷桂梁 一、孤岛的特点及其检测 1．电压和频率 逆变电源并网运行时，逆变电源向a 点提供的功率为 jQ P +；负载得到功率为Load Load jQ P +，则电网提供的功率为 P P P Load -=? Q Q Q Load -=? 如果逆变电源工作在单位功率因数，则有0=Q ， Load Q Q =?。孤岛形成前瞬间，如果0=?P ，a V 幅值将发生 变化；如果0≠?Q ，负载电压出现一个突然的相位漂移，逆 图1 逆变电源并网运行示意图 变电源控制系统能改变输出电流的频率，即a V 的频率，直到 0=?Q (达到负载的谐振频率)。 2．电压相位突变 电流源型逆变电源，电网断开后，a V 不再被系统电压所固定，而逆变电源输出电流i 是固定的，它一直跟随逆变电源内部的PLL 提供的波形。i 和a V 仅仅在a V 的过零点发生同步，在过零点之间，逆变电源工作在开环状态。因此，逆变电源输出电流突变为参考相。由于频率没有发生变化，负载的相位与系 统断开前相同，因此a V 必然要跳变到新的相位(如图 2所示)。在a V 的下一个过零点，“新”电压和逆变电 图2 相位突变 源输出电流之间存在相位差。 3．电压谐波 电网断开后，逆变电源产生的谐波电流将会流入负载，负载阻抗通常要比系统阻抗大得多，谐波电流与负载阻抗相乘，a V 将产生更大的谐波[5]。逆变电源通过检测电压谐波或谐波的变化来判断是否处于孤岛状态。 二、基于模糊聚类分析的保护方法 1． 模糊聚类分析 设论域}{21n x x x U ，， ， =为被分类的对象，每一对象由m 个特性指标表示其性质，}{21im i i i x x x x ，，， =，n i ，，， 21=。 则n 个样本的特性指标矩阵为： ????? ? ??????=nm n n m m x x x x x x x x x X 2 1 2222111211
基于重复控制的全数字单相逆变电源研究
基于重复控制的全数字单相逆变电源研究 姜洪训 (四川机电职业技术学院，四川攀枝花617000) 摘要：本文建立了PWM逆变器的数学模型。介绍了重复控制理论，为了改善逆变器波形质量，提出了一 种基于改进型重复控制的单相逆变器系统的设计。采用DSP实现了数字闭环控制方案，设计了系统硬件和 软件，并进行了实验。实验结果证明带重复补偿的逆变系统波形质量好，精度高，输出电压波形畸变率小； 该控制系统既有较好的稳态性能，又有较快的响应速度。 关键词：逆变器重复控制数字控制DSP 中图分类号：TM464 文献标示码：A 文章编号：1003-4862 (2011)01-0001-05 Research on Full-Digital Single Phase Inverter Based on Repetitive Control Jiang Hongxun （Sichuan Electromechanical Institute of Vocation and Technology, Panzhihua 617000, Sichuan, China） Abstract: This paper establishes a mathematical model of PWM inverter and introduces repetitive control theory. In order to improve the quality of inverter waveform, a modified repetitive control system based on single-phase inverter is proposed. Using DSP, it realizes digital closed-loop control, and designs system’s hardware and software experiments. Experimental results show that the inverter system with a repeat compensation has good waveform quality, high precision and. low distortion output voltage waveform. The control system has both good static performance and fast response. Key words: inverter, repetitive control, digital control, DSP 1 引言 SPWM逆变器是目前应用最广泛的一种逆变器，作为一种高性能的逆变器，除了要求它满足体积小、重量轻和电磁兼容性好等基本指标外，还必须具备输出高质量电压波形的能力、且有足够的输出功率和高稳定性[1]。为此近年来人们对其提出了多种控制方法以改善其输出波形的质量，如PID控制、重复控制、双环反馈控制、三环控制、、无差拍控制等，其中应用最多的是电压电流双环控制方案和重复控制方案。双环控制具有控制器设计简单，输出电压波形失真小、动态响应快等优点，但这种双闭环控制方案采用PI 调节，它跟踪快速变化的正弦波时无法消除静态误差。而重复控制是基于内模原理的一种新型的控制策略，它对周期性外激信号的跟踪和抑制具有良好的稳态输出特性，鲁棒性好。本文建立了单相逆变器的数学模型，并对开环逆变器进行了分析，分析了双环控制的特点，提出了一种双环控制与重复控制相结合的控制方案，最后以TMS320LF2407为主控芯片搭建了一台50 Hz单相逆变器实验系统，并进行了实验，给出了实验结果，证明了所建立模型的正确性。 2 单相全桥逆变器的数学模型 单相逆变器主电路如图1所示[2]，图中T1、T2、T3、T4是功率开关管，滤波电感L与滤波电容C构成低通滤波器，R r为考虑滤波电感L的等效串联电阻、死区效应、开关管导通压降、线路电阻等逆变器中各种阻尼因素的综合等效电阻。 收稿日期: 2010-09-01 作者简介：姜洪训（1967—），男，讲师，专业方向：电 气自动化。 1
逆变器控制
Design and Control for LCL-Based Inverters with Both Grid-Tie and Standalone Parallel Operations Chien-Liang Chen, Jih-Sheng Lai, Yu-Bin Wang, Sung-Yeul Park, and Hide Miwa Virginia Polytechnic Institute and State University Future Energy Electronics Center 415 Whittemore Hall, Blacksburg, VA 24061-0111, USA jlchen99@https://www.360docs.net/doc/3e9672992.html,, laijs@https://www.360docs.net/doc/3e9672992.html,, ybwang@https://www.360docs.net/doc/3e9672992.html,, supark@https://www.360docs.net/doc/3e9672992.html,, and hmiwa1@https://www.360docs.net/doc/3e9672992.html, Abstract—The inductor-capacitor-inductor (LCL) filter allows higher noise attenuation and universal output in which a power conditioning system or an inverter can operate in both grid-tie and standalone modes. In this paper, the LCL filter design considerations including sensor position selection and component selections are discussed for single-phase paralleled inverters operating in both grid-tie and standalone modes. For grid-tie mode operation, each inverter is operating under a single current loop with proportional-resonant controller and admittance path compensation to reduce the steady-state error by providing a high gain at the fundamental frequency. For standalone mode operation, one of the inverters is implemented with a dual-loop controller to regulate the output voltage while the rest inverters operate in single current-loop controller with communication channels in between to ensure the uniformity of current sharing. Both the simulation and experimental results verify that the designed controllers are capable of paralleling inverter operation in grid-tie and standalone modes by adapting to different controller settings while keeping the same hardware setup. Keywords-LCL filter, grid-tie inverter, dual-loop control, PR controller, parallel inverter, admittance compensation. I.I NTRODUCTION The parallel inverter systems have demonstrated many advantages compared to a single high-power inverter [1-8]. For example, an inverter can be designed in modular manner which allows the system capacity to be multiplied and the reliability can be greatly improved with redundancy. Parallel inverter operation has been a major topic in uninterruptible power system (UPS) applications where the design is focused on the standalone operation, and the output stage is typically an inductor-capacitor (LC) filter. When connecting the paralleled inverters to utility grids, the capacitor becomes redundant, and thus either a pure inductor (L) or an LCL filter can be used as the inverter output stage. Compared with the L filter, the LCL filter is more attractive [9] because it can not only provide higher high-frequency harmonics attenuation with the same inductance value, but also allow the inverter to operate in both standalone and grid-tie modes, which makes it a universal inverter for distributed generation applications such as fuel cell and photovoltaic power conditioning system (PCS). Major factors that were used in LCL design considerations include inductor current ripple magnitude and reactive power consumption in capacitor [10], the range of LCL resonant frequency, and the total inductance value of LCL filter [11]. In this paper, the sensor position selection and the universal application in both grid-tie and standalone modes are added as the LCL design factors. The compliance of interconnect standards IEEE 1547 and 1547.1 [12,13] and their current harmonic limits can also be used in the LCL design criteria. However, the cause of inverter harmonic distortions were mainly found in nonlinear effects such as nonlinear device voltage drop, dead time, limited PWM resolution and lack of stiffness in dc link [14]. The controller with high gain at the harmonic frequencies such as proportional-resonant (PR) controller [15] and direct-quadrant (DQ) frame current controller [16,17] can be potential candidates to alleviate such harmonic distortions. In addition to harmonic concerns, the controller design for parallel inverter systems must consider stability and steady-state error issues. In general, parallel inverters are designed in standalone mode for UPS and distributed generation (DG) systems that supply regulated output voltages when grid is not available. Most reported standalone inverter systems use a LC filter and proportional-integral (PI) controller in their control loops [18-20]. In [18,19], multiple feedback loops were proposed to improve the output voltage performance and to damp the poles of LC filter. In [20], feedback, feed-forward, and nonlinear controls were considered for the entire UPS control system. These parallel inverter systems, however, are usually designed with LC filter [1-8] which will have difficulties in grid-tie operations due to the undetermined resonant frequency caused by the change of grid-side source impedance [21]. The design of parallel inverters also needs to consider the current sharing capability [5-6] and the communication [7-8] among paralleled inverters. In [5], some current-sharing schemes for parallel inverter systems including master-salve control, current-limit control, and circular-chain control are examined and compared. In [6], a current-weight-distribution control was proposed to allow inverters in parallel with different output current capability. In [7], the controller area network (CAN) communication interface is utilized in a parallel inverter system to obtain a higher reliability. In [8], a new voltage and frequency droop control for parallel inverter systems is proposed to allow a robust current sharing without communication between inverters. In this paper, the paralleled inverters adopt the LCL filter as the output stage to allow the inverter to operate in both grid-tie
单相逆变电源复合重复控制器设计研究
单相逆变电源复合重复控制器设计研究 发表时间：2012-11-02T11:16:11.670Z 来源：《职业技术教育》2012年第9期供稿作者：赵兵刘春瑞 [导读] 目前，逆变电源在各行各业得到了广泛应用，如何抑制逆变器谐波、提高电压品质成为当前研究的一个热点问题 赵兵刘春瑞（潍坊科技学院山东潍坊262700） 摘要：将重复控制与模糊控制应用于单相逆变电源，构成了一种低成本、高性能的复合控制系统。重复控制器是改善非线性负载下输出电压波形的一种有效手段，模糊控制则可以加快系统响应速度。本文分析了复合控制系统的结构、重要参数的设计并用MATLAB/Simulink 对系统模型进行仿真，结果表明该系统获得了良好的稳态和动态性能。 关键词：逆变器重复控制模糊控制复合控制 引言 目前，逆变电源在各行各业得到了广泛应用，如何抑制逆变器谐波、提高电压品质成为当前研究的一个热点问题。在非线性负载时，用传统PID控制器不能达到理想的控制效果，输出电压波形畸变严重，因此，一些新型的控制方式被应用于逆变电源，如多环反馈控制、无差拍控制、重复控制、滑模变结构控制、模糊控制等都取得了良好的控制效果。但每一种控制策略都有其特长，也存在一些问题，因此可将这些控制方案有选择地组合在一起，构成复合控制，使它们取长补短，发挥各自的优势。复合控制是当前逆变器控制策略的一个发展方向。 一、逆变器数学模型 如图（1）为逆变器主回路，其后带有LC滤波器。设滤波电感值为L，滤波电容为C，RL和RC分别为滤波电感、电容的等效串联电阻，E为母线电压，Ui为滤波电路的输入电压，Uo为滤波电路的输出电压，当负载为电阻性负载R时，Ui对Uo的传递函数为： 在上式中，令R→∞，得逆变器空载时的传递函数为： 图（1）带LC滤波器的单相逆变器主回路 二、重复控制器设计 1.重复控制器原理 重复控制基本思想源于控制理论中的内模原理，是把作用于系统外部信号的动力学模型植入控制器以构成高精度反馈控制系统的一种设计原理，它能够消除所有包括在稳定闭环内的周期性误差。其思想是假定前一周期出现的基波波形畸变将在下一基波周期的同一时间重复出现，控制器根据给定信号和反馈信号的误差来确定所需的校正信号，然后在下一个基波周期的同一时间将此信号叠加到原控制信号上，以消除后面各周期中的重复性畸变。图（2）为重复控制原理图。 图（2）重复控制原理图 上图中，r（k）为参考信号，e（k）为误差信号，u（k）为重复控制器补偿后的参考指令，d（k）为扰动信号，y（k）为系统输出电压。重复控制器模块内各环节如下：Z-N为周期延时环节；Kr为增益系数；ZK为超前补偿环节，对补偿器S（z）和控制对象P（z）进行相位补偿；P（z）为受控对象传递函数；S（z）为针对受控对象的补偿器；Q（z）为辅助补偿器。 2.重复控制器参数的设计 逆变电源结构如图（1）所示，直流电压E=350V，逆变器开关频率fs=10KHz，滤波电感L=1.2mH，电感寄生电阻RL=0.9Ω，滤波电容C=27μF，电容寄生电阻RC=0.002Ω，输出的交流电压有效值Uo=220V。若逆变器的开关频率远远高于LC滤波器的震荡频率，则逆变器的动态特性主要由LC滤波器的决定，且LC滤波器的转折频率一般为逆变器开关频率的十分之一。逆变器系统可描述为一个离散的二阶模型：（1）周期延时环节Z-N。本文逆变器功率管开关频率为10KHz，输出电压为正弦波，其频率为50Hz。故N=10000÷50=200。 （2）补偿器S（z）的设计。逆变器在转折频率处会产生很大的谐振峰值，空载时谐振峰值最大。为保证系统在任何负载条件下都能够稳定，设计时以空载状态时的稳定性作为设计指标。图（3）为逆变器空载以及带不同电阻负载时的波特图，转折频率 ωn≈6.15×103rad/s。 S（z）一般取为二阶低通滤波器与Notch函数相乘的形式。二阶低通滤波器S1（z）对系统稳定性和谐波抑制能力影响不大，但可以对
逆变电源的几种控制算法
一. 逆变电源的几种控制算法 逆变电源广泛运用于各类：电力、通讯、工业设备、卫星通信设备、军用车载、医疗救护车、警车、船舶、太阳能及风能发电领域。 在电路中将直流电转换为交流电的过程称之为逆变，这种转换通常通过逆变电源来实现。这就涉及到在逆变过程中的控制算法问题。 只有掌握了逆变电源的控制算法，才能真正意义上的掌握逆变电源的原理和运行方式，从而方便设计。在本篇文章当中，将对逆变电源的控制算法进行总结，帮助大家进一步掌握逆变电源的相关知识。 1.1.逆变电源的算法主要有以下几种。 1.1.1.数字PID控制 PID控制是一种具有几十年应用经验的控制算法，控制算法简单，参数易于整定，设计过程中不过分依赖系统参数，鲁棒性好，可靠性高，是目前应用最广泛、最成熟的一种控制技术。它在模拟控制正弦波逆变电源系统中已经得到了广泛的应用。将其数字化以后，它克服了模拟PID控制器的许多不足和缺点，可以方便调整
PID参数，具有很大的灵活性和适应性。与其它控制方法相比，数字PID具有以下优点： PID算法蕴涵了动态控制过程中过去、现在和将来的主要信息，控制过程快速、准确、平稳，具有良好的控制效果。 PID控制在设计过程中不过分依赖系统参数，系统参数的变化对控制效果影响很小，控制的适应性好，具有较强的鲁棒性。 PID算法简单明了，便于单片机或DSP实现。 采用数字PID控制算法的局限性有两个方面。一方面是系统的采样量化误差降低了算法的控制精度；另一方面，采样和计算延时使得被控系统成为一个具有纯时间滞后的系统，造成PID控制器稳定域减少，增加了设计难度。 1.1. 2.状态反馈控制 状态反馈控制可以任意配置闭环控制系统的极点，实现了逆变电源控制系统极点的优化配置，有利于改善系统输出的动态品质，具有良好的瞬态响应和较低的谐波畸变率。但在建立逆变器的状态模型时将负载的动态特性考虑在内，因此状态反馈控制只能针对空载和已知的负载进行建模。由于状态反馈控制对系统模型参数的依赖性很强，使得系统的参数在发生变化时易导致稳态误差的出现和