根据LCL滤波器的逆变器的双闭环控制

1、高等电力电子技术”课程报告基于LCL滤波的逆变器双闭环控制年级专业：14电气工程 学 号：姓 名：于尚民日 期：2015.7.3并网逆变器通常采用L滤波器，虽然结构和控制简单，但是随着 功率级别的增加会地带来体积重量增大等问题。LCL滤波器使用用于 功率较大的场合。高等电力电子课程所讲述的正是这种并网逆变器的 控制策略。电力电子变化的主要任务是通过控制使电力电子系统完成既定的点萌变换，并输出期望的电流、电压和功率。那么，对于电力电子 系统的控制将显得十分的重要。一般采用双闭环控制，而控制所采用 的反馈信号又根据不同的要求而不同。本文是基于有源逆变系统来进行控制系统的设

2、计。采用基于LCL滤波 器的并网系统。主要讨论控制系统的结构、调节器设计和参数整定。主要参数 有功功率：Pl = 28.5kW 电容：C=20犷 逆变器侧电感：Li = 1.6mH电网侧电感：L2 = 1mH开关频率:fs = 10kHz电网电压:Ug = 220V电网频率:f = 50Hz直流电源:U=800V首先给出基于LCL滤波的电压型有源逆变器的主电路，这主要是 根据此图可以建立数学模型。图1基于LCL滤波的电压型有源逆变器的主电路需要注意的是参数中将电感的等效内阻忽略， 直流侧用直流电源 代替。二 逆变器控制系统的内环结构外环采用输出电流反馈。内环则有多种方式，下面主要基于电容电流i

3、c和网侧电感电压uL2反馈的单位调节器内环进行控制说明。1基于电容电流ic反馈的单位调节器C-图2基于电容电流ic反馈的单位调节器结构框图对上图进行简化后可得到开环传递函数CKsL2 CGk(S)= S2LiL2C+ (Li+ L2)因为是单位调节器K= 1 ?KpwM，即开环增益，如上式。根据参数和开环传递函数可以画出闭环传递函数极点的根轨迹Root Locus4X 100.760.640.50.34 0.16-l0160.940.50.985Ay +a n g am004l.6e+00.4e+004?e+004e+004Be+0033e+003le+003?e+003-0.0.98550.

4、940.86I 0.76 0.64(0.5|0.34 |0.16 -18000-16000-14000-12000-10000 -8000 -6000 -4000 -200002000ReAXS图3基于电容电流ic反馈的单位调节器内环根轨迹无论内环增益K如何变化，基于电容电流ic反馈的单位调节器内环控制始终是稳定的。2基于网侧电感电压UL2反馈的单位调节器与上述同理先画出结构框图*%IkI1Lji1*!图4基于网侧电感电压UL2反馈的单位调节器结构框图对结构框图简化同样可以得到开环传递函数KL2Gk(s) = s2LiL2C+ (Li + L2)4e+o004s画闭环传递函数极点根轨迹4X 1

5、041sXAa 0gam0.0850.056 0.036 0.3>惦+0043 O.1153e+0043-0042e+0041.5e+0041e+0045e+0030.170.260.50.50.26<1 -20.175e+0031e+0041.5e+0042e+0042.5e+004-30 1153e+0040:0850.056 0.036 03).51+004-4000 -3000 -2000 -10004e+004ReAxi1000200030004000图5基于网侧电感电压UL2反馈的单位调节器内环根轨迹无论内化增益K如何变化，基于网侧电感电压Ul2反馈的单位调节器内环控制

6、均不稳定。综上所述，并不是任何反馈内环调节器都能使系统稳定， 基于前面的分析，下述仿真内环控制将基于电容电流ic反馈。三PI参数的整定课程中介绍两种方法,是典型系统正定法，这种方法虽然简单并且直观，但需要考虑多环之间响应速度及频带相互这影响与协调, 在实际整定时还需满足结构简化近似条件。 在这个基础上提出了另一 种整定方法，闭环极点配置法。本文选用闭环极点配置法对PI参数进行整定，电流外环采用PI 调节器，电容电流内环采用 P调节器。结构框图。<1图6电流双闭环系统控制框图如果忽略电网电压Ug的影响，只考虑电容电流lc(s)与逆变器侧电压Ui(s)的关系以及电容电流lc(s)与电网电流I

7、L2 (s)的关系，将得到如 下关系式L2Cslc(s) = L止 2S2+ (Li + 1_2)lL2(s) = s2L2Clc(s)通过上式可以将图6的结构框图改进=一"K* -0 ”看上Ct2图7电流双闭环系统改进的控制框图因此，电容电流内环可以化简表示为G"s)=KcKpwM cisLl = _KcKpwm Q . Li + L22L1ss + 2 E0ess +2 E3 srescores电流外环框图可以如图8所示诃+图8电流外环控制框图M(Kps+ Ki)通过化简可以得到电流双闭环的传递函数如下式Go(s) =2s2 (s2+2 Eoress+ ores ) +

8、 M(Kps+K|)其中，M二2 EoresL2C可以看出电流双闭环系统是四阶系统， 采用零极点配置法时。特 征方程有两个主导共轭极点和两个非主导的共轭极点或者非主导的 两个实轴的根。如式所示2 2N(s) = (s 2 + 2 *3门 s + 3n ) (s2 + 2 S3 s + 3)主导极点与非主导极点的关系为，当0 1时，三1匕 4 S叫。 将配置极点的N(s)与电流双闭环的特征方程比较，可得到如下关系式。2 S 3 + 2 S 3= 2 311n nres2 2 23 +3+ 4 S 3 S 3=31n11 n nres222 S3res2 S 8 S 3 LKi = 3 L1res

9、值得注意的是，公式里的Kc实际是框图系统中的KcKpwM，所以按照这个公式算出来的参数除以KpwM才是实际仿真中应该用的参数。经分析，将阻尼比S设置为0.6，计算系统的各个参数：n 3, + 2 S,3 3= Kpn n 111 nL2 C222 S3res33= K|1 n IL2C当S = 1时，3 = 4 S3为最大值。可以将上式化简为1 Inn3res3=n 2V1 + 32 SnKc = 10 S 3 L1n n2 2(16 S + 4) 3 LKp = n_5 3L1res四仿真3= 2826.2nKc = 27.13Kp = 0.253Ki = 352.15搭建仿真模型如图9所示，以及控制模块如图10所示。图10控制模型仿真所观察的是电网侧的a相的电压和电流如图11所