? ? ? ? ?獨立逆變器不同于并網逆變器，是一種將直流電轉換為特定頻率與幅值交流電的電力電子裝置，一般作為EPS、UPS以及孤島微電網系統(tǒng)的雛形裝置。由于其負載的多樣性導致獨立逆變器必須具備快速適應負載變化的特性。本設計通過對獨立逆變器系統(tǒng)傳遞函數(shù)分析并由分析結果設計PID控制器，實現(xiàn)了電壓電流三閉環(huán)的控制系統(tǒng)仿真，其仿真結果在不同比例系數(shù)下做了比較，同開環(huán)系統(tǒng)相比更具備快速響應能力和更高的系統(tǒng)穩(wěn)定性，對不同的負載變化也更加滿足響應要求。

一、系統(tǒng)框架圖

? ? ? 本設計逆變器主電路如圖所示，經過LCL濾波器，濾除高頻成分在負載處獲得光滑的正弦波，控制技術采用正弦脈寬調制法（SPWM），圖中L1、L2為濾波電感，其各自線路有等效阻抗RL。

假設負載為電阻R時，輸出電壓與輸入電壓之間的傳遞函數(shù)為：

?

? ? ?當負載為R無窮大時，得到逆變空載時的傳遞函數(shù)：

? ? ? ? 由于逆變器在空載時的阻尼最小，振蕩性最為強烈，控制難度也大，因此控制器的設計也必須基于空載來進行，逆變器空載時的傳遞函數(shù)可表示為：?

其中，?

? ? ? ? 設計中，濾波電感L=2mH，RL=1Ω，濾波電容C=20uF，功率管開關頻率為10KHz，代入式可得：?

阻尼系數(shù)?轉折頻率為

? ? ? ?由自控原理知識，系統(tǒng)在轉折頻率處出現(xiàn)較大的諧振峰值，且隨著負載R得不斷增大諧振峰值也增加，在R無窮大空載時，諧振峰值達到最大，?為了保證系統(tǒng)在任何負載條件下都能夠穩(wěn)定，設計時以空載狀態(tài)下諧振頻率點處的穩(wěn)定性作為設計指標。

二、PID算法及控制器設計

? ? ? ?模擬式PID算法表達式為

? ? ? 其中，?為控制器的輸出信號，為誤差信號，是比例系數(shù)，是積分時間常數(shù)，是微分時間常數(shù)，寫成傳遞函數(shù)形式：?

以和式代替積分，以增量代替微分，離散化后，為

其中，T為采樣周期，令積分系數(shù)，微分系數(shù)，則有?

增量式PID算法為：

????????當逆變器采用PID控制方式時，由于被控對象本身為相位滯后系統(tǒng)，逆變橋在系統(tǒng)中的作用也等效為一階保持器，具有一個開關周期的滯后效應，再加上數(shù)控系統(tǒng)本身的計算延遲，使整個系統(tǒng)滯后效應非常明顯，宜采用P調節(jié)器或微分作用很小的PD調節(jié)器，不宜采用具有滯后作用的積分運算。

????????PID控制器參數(shù)的整定一般采用試湊法，先采用比例控制器，KP有小到大逐漸改變直到系統(tǒng)變得不穩(wěn)定，如果此時可以得到滿意的系統(tǒng)特性，表明只采用比例調節(jié)器即可。如果系統(tǒng)的動態(tài)特性和 穩(wěn)定精度不能滿足要求，可采用PI調節(jié)器。開始時，把參數(shù)TI設大一些，然后反復調整KP和TI。如果系統(tǒng)的動態(tài)特性不能滿足要求，可以再加入微分調節(jié)器。TD由小到大逐次改變，并相應改變KP值，反復試湊，直到得到滿意的性能為止。

????????在控制過程中，不希望輸出值出現(xiàn)極限狀態(tài)，為安全起見，設置了上限限位和下限限位。

?三、仿真建模及結果分析

1、獨立逆變器建模

????????獨立逆變器不同于并網逆變器，這是一種將直流電轉換為特定頻率與幅值交流電的電力電子裝置，一般作為EPS、UPS以及孤島微電網系統(tǒng)的雛形裝置。直流側接蓄電池，由大電容穩(wěn)壓，經逆變橋轉換為交流電，再經濾波器輸出至負載端，由于負載的多樣性導致獨立逆變器必須具備快速適應負載變化的特性。
? ?????利用matlab建立了基于電壓電流內環(huán)的單相獨立逆變器的仿真模型，如圖2所示。

?

?????????電壓外環(huán)的輸出量Uref*(311V)與輸出端電壓Uac的誤差值送入PID調節(jié)器，PID調節(jié)器輸出信號Iref*，Iref*作為電流內環(huán)的給定信號，電流互感器采集的負載電流信號與Iref*的誤差值送入PID調節(jié)器，產生用于產生PWM脈沖的調制波信號，從而保證獨立逆變器輸出端電壓與負載電流的穩(wěn)定性。PID調節(jié)器的輸出可用于限制負載電流幅值以防止系統(tǒng)過流從而起到保護獨立逆變器的作用。

? ? ? ? SPWM產生模塊如下圖：

?????????IGBT全橋逆變雙脈沖輸入模塊如下圖：

?

?2、仿真結果

?獨立逆變器輸出電壓與電流波形

獨立逆變器輸出電壓波形

獨立逆變器輸出電壓反饋處誤差波形

四、1KW儲能逆變器功能說明

1、儲能逆變器兩種工作模式

（1）并網模式（并網充電、并網放電）；（2）獨立逆變模式。

2、運行狀態(tài)描述

????????當逆變器器開機進入初始狀態(tài)時，控制系統(tǒng)將完成自檢，以驗證控制和傳感器系統(tǒng)的完整性。監(jiān)控和保護功能正常啟動，變流器進入停機狀態(tài)。停機狀態(tài)時，儲能變流器封鎖IGBT脈沖，斷開交直流繼電器。待機狀態(tài)時，儲能變流器封鎖IGBT脈沖，但閉合交直流繼電器，變流器處于熱備份狀態(tài)。

????????儲能逆變器可以在不同模式中轉換，需要滿足的條件如圖7所示。

?3、功能描述

①運行信息，即運行指示燈和實時數(shù)據顯示功能。實時數(shù)據顯示包括：“直流電壓”，“直流電流”，“電網電壓”，“電網電流”，“電網頻率”，“機內溫度”，“充電功率”，“放電功率”，“有功功率”，“無功功率”，“功率因數(shù)”以及當前工作狀態(tài)，各模塊溫度等等。

②三種模式功能：

充電模式---包括恒壓充電、恒流充電、恒功率充電；

放電模式---包括限壓放電、恒流放電、恒功率放電；

控制模式---包括待機、停機、計時充放電、獨立逆變功能。

③參數(shù)設置功能：

系統(tǒng)參數(shù)設置---包括密碼設置、時鐘、電量校正、恢復出廠；

保護參數(shù)設置---直流過壓點、直流欠壓點、電網過頻值、電網欠頻值、電網過壓值、電網欠壓值；

通訊參數(shù)設置---設置設備地址、波特率、通訊方式。

④歷史信息查詢功能：

歷史事件---機器最近的100條運行信息（非故障）；

故障信息---機器最近的100條故障信息，包括發(fā)生時間和故障類型。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-404717.html

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