三相PWM逆變器新型雙閉環控制策略研究

索亞楠 張 武 羅心宇 喻景康

（安徽理工大學電氣與信息工程學院，安徽 淮南232001）

0 引言

鑒于逆變器在光伏發電等新能源領域的重要性，逆變器輸出穩定的電壓電流波形稱為人們研究的重點。事實證明要想獲得良好的波形，對逆變器采取合理的控制是關鍵所在。眾多學者提出了電壓電流雙閉環控制的方法,即通過電感電容解耦，對電壓電流進行閉環控制，但是由于廠家在生產電感時，其生產工藝存在很大差別，且當電流很大時會導致電感飽和現象，電感的感抗也會發生很大變化，并且進行解耦時電感的容量是需要精確知道，因此在實際工程應用時常常不進行解耦控制，這就對波形質量產生影響。而且電壓外環采用傳統方法時電壓外環的隨機性也使逆變器輸出電壓電流波形出現很大脈動，因此本文采用無電感的電流解耦控制和電壓外環模糊控制的新型控制方法。

1 三相PWM逆變器拓撲結構

2 電流內環控制策略

根據三相電壓型PWM逆變器在同步旋轉坐標系下的控制方程可知，d-q軸存在相互耦合，要想解耦，必須知道電感的準確值。因此本文采用一種不需要電感L準確值的解耦控制策略[2]，由電壓型 PWM逆變器在靜止三相 a-b-c坐標系下的控制方程，可推導出其在兩相靜止坐標系下采用合成矢量的控制方程：

LDiαβ=eαβ-Uoαβ（3）

將式（3）由兩相靜止坐標系變到兩相旋轉坐標系中，轉換過程中，微分算子D用d-q坐標系下的微分算子D+jω代替，可得到d-q坐標系下采用矢量合成方法的控制方程：

由式采用合成矢量表示后，PWM逆變器從 從一個雙輸入雙輸出的系統變成一個單輸入單輸出的系統。這為分析系統特性帶來了很大的方便。將其（4）轉化到s域后可得ud、uq控制方程為

3 電壓外環控制器設計

電壓外環采用模糊算法分析,逆變器直流側Ud（t）的PWM波形路[3]如下圖所示

圖中0-t2為起動階段;t2-t3穩態階段;t3處為突加負載處;Ud動態降落,后又恢復穩態階段。a時區：電壓調節器輸出偏差增大，所以應該使Ud上升速度加快，因此使比例因子Ke和量化因子都取最大值。b區Ud已經接近穩態，為了防止超調，所以應當減小輸入電壓偏差變化率。后面各個時區分析方法同上述一樣。根據對各個時區的分析可知當Ud進入直流電壓模糊調節器區域時,就按照上模糊算法分析要求,設計出圖3所示模糊邏輯電壓調節器結構。

采集三相電壓 Ua、Ub、Uc以及三相電流 ia、ib、ic經過三相到兩相的坐標變換得到相應的d、q軸分量，電壓外環采用模糊控制將最終得到內環電流參考值，電流控制器與實際電流進行比較，并采用無電感L的方法進行解耦，產生PWM調制的參考電壓，將參考電壓在再過兩相到三相變換，將變換后的三相電壓歸一化后經PWM調節器后將產生脈沖輸入逆變器即可得到穩定三相電壓。

4 PWM逆變器仿真分析

為了驗證所提出理論的正確性和可行性我們根據圖二利用MATLAB2010中的simulink搭建了仿真圖形。三相PWM逆變器的仿真參數:三相交流電壓頻率采用工頻50Hz，有效值為220V，電感L為2mH，，逆變器的開關頻率為10kHz。

圖4為采用新型控制方法的負載電壓波形，可以看出電壓波形良好毛刺較少。

5 結論

本文通過對三相電壓型PWM逆變器新型雙閉環換控制策略即電流內環采用無電感L解耦控制，電壓外環采用模糊算法的的分析，再進行仿真驗證，結果表明，采用新的控制策略，輸出電壓波形平滑，波形穩定。

［1］鄧醉杰,王輝,等.三相電壓型PWM逆變器研究[J].防爆電機,2007.

［2］王恩德,黃聲華,等.三相電壓型PWM整流的新型雙閉環控制策略[J].中國電機工程學報,2012.

［3］王卓,王鐵光,等.基于模糊算法的PWM電壓控制[J].重型機械,2011.