基于H∞重复控制的三相四桥臂逆变器研究(2012年)资源-CSDN文库

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第

卷第

期

2012

年

月

电机与控制学报

ELECTRIC MACHINES

AND

CONTROL

No.9

Sep. 2012

基于

∞重复控制的三相四桥臂逆变器研究

闰士杰，

冷冰，

杜荷

(东北大学信息科学与工程学院，辽宁沈阳

110819

)

摘

要:为了解决微型电网中，作为功率接口的三相四桥臂逆变器存在输出波形畸变率大，跟踪给

定正弦波慢的问题。在三相四桥臂逆变器解搞成三个羊相逆变器的基础上，提出了一种

∞重复

控制策略。首先依据内模控制原理，对每个羊相逆变器建立了包含输出滤波器的逆变器系统模型，

设计了重复控制的电压控制器。;然后基于

∞控制原理，加入了稳定补偿器，以保证

∞最优性能。

这就使逆变器的输出波形快速跟踪参考正弦泼，逆变器输出电压畸变率明显小于常规控制方法。

仿真和实验结果表明，不论在负载突变等大干扰情况下，还是在负载不平衡或者非线性的情况下，

逆变器都能够保持完好的电压输出特性和良好的动态特性。

关键词:三相四桥臂逆变器;单相逆变器

∞重复控制;解辑控制;稳定补偿器

中图分类号

:TM464

文献标志码

文章编号:

1007-449X(2012)0

弘

0039

一

Research

the three-phase four-Ieg ioverter

based

∞

repetitive

cootrol

YAN

Shi-jie

LENG

Bing

Heng

(School

nforrnation

and

Engineering

Northeastern

University

Shenyang

110819 ,

China)

Abstract:

Three-phase four-leg inverter as power interface in micro-grid had problems that the harmonic

distortion of the output voltage was high and the wave tracking of the output voltage was slow. In order

solve these problems , an

∞

repetitive

control strategy was proposed based on the three-phase four-leg in-

verter being decoupled into three single-phase inverters. Firstly , an inverter system model with an output

filter was established and a voltage controller of repetitive control

was

designed based on internal model

control theory for each single-phase inverte

r. Then according

∞

control

theory , a stable compensator

was added into system to ensure optimum

∞

performance.

This led to inverter output tracking reference

sinusoidal waveform rapidly and a lower hannonic distortion than the conventional control methods. The

results of simulation and experiment show that the inverter voltage output characteristics and dynamic

characteristics are excellent , under conditions of the load varying suddenly and in the case of an imbal-

ance load or nonlinear.

Key

words:

three-phase four-leg inverter; single-phase inverter;

∞

repetitive

control; decoupling con-

trol; stable compensator

收稿日期:

2012

-02 -09

基金项目:辽宁省自然科学基金

(20102068

)

你看简介:闰士杰(1

964

一)

，男，博士，副教授，研究方向为电力电子与电力传动、电力交换和新能源发电;

冷

冰(1

987

一)

，男，硕士研究生，研究方向为电力交换和新能源发电;

杜街

(1981

一)

，男，博士研究生，研究方向为检测技术与自动化装置。

通讯作者:闰士杰

电机与控制学报

第

卷

。引言

在太阳能发电和风力发电的微型电网中，三相

三桥臂逆变器是主要的功率接口单元。近年来，由

于不平衡负载和非线性负载的大量存在，使得其在

微型电网中的应用受到了限制。为此，采用三相四

桥臂逆变器[

1-5]

来解决此类问题。三相四桥臂逆变

器的控制方法很多，主要有以下几种控制策略:

1 )

最大误差电流调节方法

[1]

。该方法是基于电流滞

环的双环调节策略。外环采用电压环，内环采用电

流滞环的。由于其控制原理简单，并且实现了电压

和电流的双环控制，故可以达到比较好的控制效果，

在四桥臂逆变器的控制中有一定的优势。在这种控

制方法中，由于电压外环以交流量瞬时值为

调节

变量，所以虽然引入了前馈的控制策略，也很难实现

无静差调节，存在一定的误差。在大负载，或者非线

性负载接人时，控制效果更差。

基于正序、负序、

零序分量的双环控制策略

-4]

。该方法利用比例积

分

(proportional

integral ,

PI)

调节器来控制正序信

号，将负序和零序分量调节为零，从而获得三相对称

输出电压。对称分量的分解虽然公式计算原理简

单，理论上是一种较好的方法，但是实际中在对三相

交流量进行分解时牵涉到交流变量的移相问题，控

制电路复杂，需要经过多次坐标变换，实现起来比较

复杂，且精度不高。

三次谐波注人控制法

[5]

。该

方法在三相交流调制信号的基础上，注入三次谐波，

可以提高输出电压幅值。虽然该方法在一定程度上

提高了电压利用率，非常适于驱动电动机的逆变器，

但不太适于微型电网中的逆变器。的三维空间矢

量调制策略[卜

。该方法是在三相逆变器常用的二

维空间矢量调制技术的基础上演变、拓宽而来。它

是针对三相四桥臂逆变器，将四个桥臂的开关控制

用一个电压综合矢量来拟合。虽然这种控制法比传

统的二维空间矢量控制法仅仅多了一维，但其合成

矢量对应的分量很多，在控制时难以选出合适的分

量。在系统要求上，当三相负载不平衡时控制三相

输出电压的对称性不好。

中性点控制法

[8]

。该

方法的基本原理是控制交流输出中性点和直流母线

电压的中点等电位，则桥臂输出电压仅决定于本桥

臂控制，三相完全解捐。实际上把三相四桥臂逆变

器解捐成三个半桥电路，然后电压环采取

调节

器，电流环采用比例(

proportional ,

调节器分别控

制。调制采用传统的正弦脉冲宽度调制(

sinusoidal

pulse width modulation , SPWM)

，它的控制比较简单，

但是电压利用率较低。以上控制方法中，都采用了

调节器，均把电压有效值或电压幅值作为被控

量，这就导致了给定正弦波与输出波形之间存在很

大相移。特别是负载为非线性时，会产生很大畸变。

针对以上问题，本文在基于三相四桥臂逆变器中提

出了

∞重复控制策略。该策略主要基于重复控制

的快速跟踪能力，利用

∞的最优性能指标，使输出

电压快速跟踪正弦波给定，从而使逆变器具有良好

的动态特性和鲁棒性。

控制方案和控制任务

本文研究的三相四桥臂逆变器拓扑结构如图

所示，其等效电路如图

所示。

图

三相四桥臂逆变器的拓扑结构

Fig.

Topology

three-phase four-leg inverter

主+

、

,,"

丛，

wψ

U.,c

鸟，

叭

U""

Jte

vwwv

图

三相四桥臂逆变器等效电路

Fig.

2 Equivalent circuit of three-phase four-leg inverter

在图

中

，

、

"，\

为逆变器

、

相输

出

，

为

相(零桥臂)输出。为便于分析，设直流

母线电压的

112

处为参考点。应用文献

]，解捐

后的等效电路如图

所示。

二与

/(kptl )

、「飞

飞

」「

、

, B

主+

LB/(kpt

U.,c

主才'

Lc/(kpt

。「

图

解稿后的等效电路图

Fig.

Decouple

equivalent circuit

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