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Matlab孤立逆变电源设计方案解析
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2017-11-17
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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，验证了本文所设计方案的可行性和有效性。
0引言
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。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。
本文设计的基于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方案的合理性，以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方案的合理性和有效性。
1 PWM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（Pulse Width Modula-tion）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。
2孤立逆变源双环控制策略
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。
0引言
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。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。
本文设计的基于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方案的合理性，以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方案的合理性和有效性。
1 PWM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（Pulse Width Modula-tion）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。
2孤立逆变源双环控制策略
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。
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