逆变电源并联运行参数设计及控制策略仿真报告

逆变电源并联运行参数设计及控制策略仿真报告摘要：对三相四线（电容中点零线）电压型逆变器的输出滤波器电感、电容参数进行设计。搭建两台（100KVA）三相四线逆变器（电容中点零线）并在 MATLAB 的 SIMULINK 工具环境中建立仿真模型加以验证。关键词：三相四线电压型逆变器；输出滤波器电感、电容参数设计；MATLAB；SIMULINK ；仿真作业三 MATLAB 语言是一种功能强大的控制系统计算机辅助设计和仿真语言 ,尤其是它提供的 SIMULINK 仿真工具具有图形化 、模块化界面, 易于实现很多控制系统仿真 ,可以避免大量时间用于编制仿真程序。现给出给出输出电压控制、均流控制算法及控制参数选择方法，要求搭建两台（100KVA）三相四线逆变器（电容中点零线）并联系统仿真模型，要求输出电压为380V5%，频率50Hz，THDu3%，通过仿真分析控制算法的稳态与静态特性。1 原理三相全桥逆变器有大功率晶体管(GTR), 功率场效应晶体管(MOSFET), 绝缘栅双极晶体管(IGBT)等器件 .这些器件一般由 6 个开关管组成, 在仿真中可以用一个理想开关 S 来代替每个开关管 ,用图 1 所示电路模型来等效.逆变器通断规律是 :同一桥臂的两个管子不能同时导通;总有 3 个管子是导通的 .这样 6 个管子就有 8 种组合方式, 即 :S_(1)S_(2)S_(3)，S_(2)S_(3)S_(4)，S_(3)S_(4)S_(5)，S_(4)S_(5)S_(6)，S_(5)S_(6)S_(1)，S_(6)S_(1)S_(2)，S_(1)S_(3)S_(5)，S_(2)S_(4)S_(6)设第 i 个管子导通时S_(i) =1 ,否则 S_(i) =0 , 即S_(i)=(1,第i个管子导通；),(0,第i个管子截止(i=1,2,3,4,5,6).):假设, 电感 La =Lb =Lc =L , 直流侧电容器电压 Vd 保持不变,则可得到 8 种开关状态下的微分方程组,并综合之可得到系统的微分方程组为:di cadi cc(1 +T1)Ldt+(2T 1-1)Ldt+(S4-S1-T 3)Vd =0,图一 等效电路模型(1 +T 2)Ldi cb+(2T1 -1)Ldi cc+(S6-S3-T3)Vd =0 ,dtdti ca +i cb +i cc =0 .其中 :T1 =S2S3 S4 +S5S6 S1 , T2 =S3S4 S5 +S6S1 S2 , T3 =S2S4 S6 +S1S3 S5 .由上述微分方程组得到下列微分方程组 :Ld ica=S a(k)Vd ,dtLd icbS b k Vd,(1)dt= ()Ld icc=S c(k)Vd .dt其中 :Sb(k)=1 (S1 -S4 +T 3)(2T2 -1)+(S 3 -S 6 +T3)(2 -T1) ,3Sa(k)=1(S1 -S4 +T3)(2 -T2)+(S3 -S6 +T3)(2T1 -1) ,(2)3Sc(k)=-13 (S1 -S4 +T3)(1 +T 2)+(S3 -S6 +T3)(1 +T1) .取值为0 7 ,对应 8 种开关态, S_(a)(k)、S_(b)(k)、S_(c)(k)和 S_(1)、S_(2)、S_(3)、S_(4)、S_(5)、S_(6)之间功能见表1 .对微分方程组进行拉氏变换 ,并考虑到开关损耗 ,将其等效成一个电阻 R ,得 :I_(ca)(S)=S_(a)(k)V_(d)/(R+L_(s),I_(cc)(S)=S_(c)(k)V_(d)/(R+L_(s).表 1S a(k)、Sb(k)、Sc(k)和 S1 、S2、S3 、S4 、S5 、S 6之间功能表S1S2S 3S4S5S6Sa(k)Sb(k)Sc(k)1110001/ 31/3-2/3011100-1/ 32/3-1/3001110-2/ 31/31/3000111-1/ 3-1/32/31000111/ 3-2/31/31100012/ 3-1/3-1/31010100000101010002模块实现根据方程组 在 SIMULINK 环境实现三相电压型逆变器仿真模型.图 2 用加法器, 减法器和乘法器等模块实现表 1 中 S_(a)(k)、S_(b)(k)、S_(c)(k)和 S_(1)、S_(2)、S_(3)、S_(4)、S_(5)、S_(6)的关系 S_(1)、S_(2)、S_(3)、S_(4)、S_(5)、S_(6) 为 6 个控制极输入, constant , constant1 constant5 是常数模块 ,常数值的大小显示在方框中.product1 product12 为乘法器, T_(1) , T_(2) , T_(3) 加法器输出实现式 的 T_(1) , T_(2) , T_(3) .Sum , Sum4 ,图 2 Sa(k)S b(k)Sc(k)的实现Sum5 ,Sum13 ,Sum14 , Sum15 , Sum16 , Sum17 , Sum19 ,Sum20 , Sum21 , Sum22 , Sum23 为加法器 ,Gain ,Gain1 ,Gain2 是放大器,放大倍数为 1/3 ,这些器件实现式 的 S_(a)(k)、S_(b)(k)、S_(c)(k).然后其封装成一个独立的 switch 模块,在图 3 所示的三相电压型逆变器仿真模型中应用.图 3 中 Vd 是直流输入,product1 product3 为乘法器 ,Transfer Funl Transfer Fun3 为惯性环节, 图中电感值和等效电阻值可以改变(在此取 0 .004 mH , 3).I_(ca) , I _(cb) , I_( cc)实现式 的电流输出 .最后将图 3 封装成一个 IGBT 模块(图 4),在需要的时候加以调用 .3 仿真实例图 5 是三相全桥逆变器仿真实例实验图, 本控制系统模型建立在仿真软件 MATLAB5 .1的 SIMULINK 环境下,在奔腾 100PC 机上通过 .采用电流跟踪型 PWM 控制电路, 给定 Sine WaveA , Sine WaveB ,Sine WaveC 为峰值为 1 A 频率为250 Hz 相位互差 2/3 的三相正弦电流信号,如图 6 所示 .Sum1 ,Sum2 ,Sum3 为减法器,Relay1 , Relay2 , Relay3 为滞环比较器 ,比较器输入大于正阈值时输出 1 , 小于负阈值输出 0 ,Logical Operatorl ,Logical Operator2 ,Logical Operator3 为逻辑反相器,它们的目的是要逆变器上下桥臂管子一个导通过另一个必须截止.Vd 输入为 200 V , 电感值和等效电阻值可以改变(在此取 0 .004 mH ,3).图 7 ,图8 ,图 9 分别是滞环比较器的滞环宽度分别为0.4A ,0.2 A ,0.1 A 时输出电流波形 ,可以看出输出电流跟踪输入电流 ,当滞环宽度减小时,跟踪纹波越小, 效果越好 。 图三 MATLAB语言SIMULIN 环境下仿真结果4 结论从上面仿真实例结果看出仿真模块的数学模型正确, 实验