基于matlab孤立逆变源设计和仿真

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1、基于Matlab孤立逆变源设计和仿真　　摘要：随着新能源技术的发展，微电网技术得到了越来越广泛的应用。逆变源作为微电网的主要组成部分，逆变源工作的稳定情况直接影响到微电网的电能质量。PWM逆变器输出波形的质量和动态性能主要决定因素是采用控制和实现方法。基于Matlab软件平台，采用双环控制策略设计的逆变源，利用Matlab?Simulink?SimPowerSystems的工具箱进行建模仿真，验证了所设计方案的可行性和有效性。关键词：Matlab；逆变源；建模仿真；双环控制中图分类号：TN911?34文献标识码：A文章编号：1004?37

2、3X（2013）16?0164?030引言6随着太阳能、风能等可再生能源的发展，分布式发电以其环境污染少、能源综合利用率高、供电可靠等优点，逐渐成为了各国家竞相研究的热点，在美国、欧洲等技术成熟的国家和地区，以将其广泛应用在微电网中[1?3]。逆变电源作为一种有效的电力供应源，成为了微电网的重要组成部分，并在微电网的研究和实施中得到了广泛的应用。设计的基于PWM的孤立逆变电源，其控制模型采用电压外环和电流内环双环控制策略，电压外环和电流内环均采用PI控制方式。应用Matlab软件建立实验模型进行仿真，通过仿真验证了控制系统设计的合理性，以

3、及双环控制策略的应用效果，分析仿真结果证明了系统设计的合理性和有效性。1PWM逆变器的电路结构和工作原理在交?直?交变频器中，通常要求直流电路采用可控硅整流电路，如图1（a）所示。逆变输出的电压[Uo]的大小可以通过改变[Ud]的大小来控制。通过对逆变器触发电路频率的控制，可以改变输出电压[Uo]的频率。但是，这种变频电路存在有缺陷：如果输出的交流电压为含有较多谐波的矩形波，这无论是对负载或是交流电网都是不利的；如果输出功率用相控方式来调节，就会使输入功率因数降低，同时由于有滤波大电容存在于中间直流环中，使得调节输入功率时惯性较大，系统响

4、应缓慢。为解决上述缺陷，可以采用如图1（b）所示的变频电路。这种电路通常称为PWM（PulseWidthModulation）型变频电路，其基本的工作原理是对逆变电路中开关器件的通断进行有规律的控制，使输出端得到等幅不等宽的脉冲列，并用这些脉冲列来替代正弦波。按要求的规则对脉冲列的各脉冲宽度进行调制，既可改变电路输出电压的大小，又可以改变输出电压的频率[4?5]。2孤立逆变源双环控制策略6如图2所示，为设计的基于PWM孤立逆变源的电压电流双环控制原理图。控制外环为电压控制环，电压[Vabc]的反馈值由测量模块2测得，并与给定的参考值进行比

5、较，误差信号经过PI控制器调节后作为电流内环基准；控制内环为电流控制环，由测量模块1测得的反馈的电流值[Iabc1]与电流基准进行比较产生的误差信号，经过PWM发生器离散化之后产生PWM控制信号[6]。PI控制器是具有比例?积分控制规律的控制器，其框图如图3所示，其控制规律是指控制器的输出信号[ut]既反映输入信号[et]，又反映[et]对t的积分，即：[ut=kPet+kPTI0tetdt]式中：[kP]为可调比例系数，[TI]为可调积分时间常数。在控制工程实践中，PI控制器主要用来改善控制系统的稳态性能[7]。PI参数的准确设置，对控

6、制效果至关重要，可调积分时间常数[TI]会影响系统达到稳定的时间和稳定性，可调比例系数[kP]会对系统的响应时间产生影响。在本文设计的孤立逆变源中，利用工程整定的方法，对外环电压反馈值[vabc]进行调节的PI调节器，其参数整定值为：[kP]=0.25，[TI]=300；对内环电流反馈[Iabc1]进行调节的PI调节器，其参数整定值为：[kP]=1.25，[TI]=1。3仿真结果根据控制方案，设计的孤立逆变源的建模仿真使用Matlab?Simulink?SimPowerSystems软件平台来完成。仿真时间设定为0.36s，仿真数据均采用

7、标幺值，仿真模型如图5所示。设计的电压外环和电流内环的PI控制模型分别如图6、图7所示。模型仿真的主要参数如表1所示。3.1逆变源仿真结果根据表1的参数设置进行建模仿真，仿真开始后，逆变电源在很短暂的时间就达到了稳态运行，经测量模块2测量输出的电流[Iabc]和电压[Vabc]，测量模块1测量输出的电流[Iabc1]，以及调制系数m的输出波形如图7、图8所示。表1仿真模型主要参数逆变电源运行达到稳态后，由图7输出的电压和电流波形分析可知，逆变电源达到稳后的运行状态非常稳定，达到了预期的效果。由图8可知，调制系数m在经过短暂的震荡之后收敛到

8、0.85～0.9稳定的区间，表明了调制控制的稳定性。3.2电压控制PI仿真结果逆变电源运行达到稳态后，电压外环控制模块的PI调节的输入信号及经过PI调节后的输出信号如图9所示。由图9的输出波形