单相逆变器双闭环控制策略对比研究

靳小宁

摘  要：文章针对非线性负载条件，对两种双环控制策略进行了比较研究，并利用极点配置法设计PI参数，最后通过了MATLAB仿真验证。

关键词：电感电流内环;电容电流内环;非线性负载

中图分类号：TM464         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）09-0130-02

Abstract： This paper compares two dual-loop control strategies under non-linear load conditions and designs the PI parameters according to the pole placement method. Finally， the MATLAB simulations is verified.

Keywords： inner loop of inductor current; inner loop of capacitor current; non-linear load

1 概述

由于单相逆变器开环系统无法保证电压的稳定输出和较高的波形质量，通常会采用双环控制策略来改善系统性能。目前双环控制方式主要包括电压外环电感电流内环和电压外环电容电流内环两种。由于非线性负载对逆变器的性能影响较大，所以本文将针对这一情况对上述两种闭环方式进行比较研究。

2 电感电流和电容电流内环

2.1 电感电流内环的双环控制

图1为电感电流内环的反馈控制框图。首先，将反馈电压与基准电压进行比较，得到电压误差信号。然后经过PI放大作为电流内环的基准值，通过与电感电流反馈值进行比较，利用PI调节电流误差后与载波交截输出SPWM信号。

若逆变器接整流负载，通常会并联电容进行滤波。而二极管具有单向导电性，只有逆变输出侧电压大于电容端电压，二极管才会导通，系统输出阻抗减小，逆变端需要提供更大的电流。由于电感电流不会发生突变，所以会抽取电容电流进行补偿。此外，引入电感电流作为负反馈时，系统具有抑制其变化的趋势，并通过减小PWM脉冲宽度来限制i幅值的变化，这也会导致输出电压降低。

由电感内环控制框图可得系统传递函数：

2.2 电容电流内环的双环控制

图2为电容电流内环的反馈控制框图。其工作过程与电感电流内环相似，只是将采集的电流换成了电容电流。当输出阻抗减小，通过对电容电流的反馈控制，系统具有抑制电容电流变化的趋势;并且输出电压会在电容电流积分的作用下提前得到校正，从而增强系统的带载能力。由于系统特征方程有四个解，因此上述两种双环控制均为四阶系统;又因为系统性能主要由导极点决定，所以可以采用极点配置法将该四阶系统转换为二阶系统分析。

3 仿真结果及性能分析

本章给出了电感双环控制和电容双环控制的仿真结果，仿真参数分别为：Ui=400V、fs=10kHz、Uo=220V、Lf=0.4mH、Cf=120uF、ro=0.5Ω。

（a）输出波形图

（b）FFT分析

由仿真结果可以看出，电感电流内环的基波峰值为305.5，THD=5.20%，电容电流内环的基波峰值为313.3，THD=0.81%。从输出电压波形稳定和THD值方面，可以看出电容电流内环的双环控制策略的稳定性更好。

4 结论

本文主要研究了在非线性负载条件下，电感电流内环和电容电流内环两种双环控制策略。通过理论分析和仿真结果可以看出，电容电流内环控制策略更能提升系统的稳定性和抗干扰能力。

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