單相UPS逆變器的多環控制策略研究

1引言UpS主要由蓄電池、充放電電路、逆變電路和控制系統等幾部分組成，其中逆變電路及其控制系統是UpS電源的核心部分。單相UpS逆變器的被控量是50Hz的交流量，而pI調節器不能對交流量實現無靜差調節，要減小穩態誤差，非得提高比例增益，但過高的比例增益，會降低系統的穩定性，因此pI控制算法不適合控制交流量。依據內模原理，要實現無靜差控制，控制環前向通道上非得含有外部輸入量的動態模型。重復控制算法能依據被控對象，在控制環的前向通道上形成被控對象的內模，從而實現對交流量的無靜差控制。采用重復控制策略控制單相正弦波逆變器能得到較滿意的性能，但算法較復雜，實現也較困難。單相逆變器的多環控制策略與雙環控制策略相比，逆變器輸出電壓的波形有所改善，但仍存在靜態誤差。文獻研究了單相逆變器的比例諧振控制算法，但沒有考慮負載變化對系統的影響。針對以上問題，這里提出了基于比例諧振控制的多環控制策略。試驗結果聲明，與其他單相逆變器的控制策略相比，該控制方案是一種理想的控制方案。2單相UpS逆變器工作原理及數學模型所研究的單相UpS逆變器采用單相全橋拓撲結構，如圖1所示。

圖中負載可為線性負載或非線性負載。對單相逆變器的4個IGBT開關VS1～VS4進行調制，將直流電壓Udc調制成pWM脈沖電壓，通過LC濾波器濾除高頻諧波，在輸出端得到幅值和頻率都可調的正弦波電壓。設m為調制度，依據電路定律，單相逆變器的數學模型為：

3雙環控制策略及其調節器參數的整定采用電感電流反饋控制(內環)和輸出電壓反饋控制組成的級聯結構。采用比例諧振調節器對輸出電壓進行無靜差調節，采用比例調節器控制電感電流。為應對負載變化引起的大范圍擾動，在電壓外環中引入負載電流前饋控制，負載電流前饋控制與電壓調節器的輸出共同構成了電感電流指令信號，整個控制框圖如圖2所示，Kdc為輸出電壓前饋系數。因為電壓環與電流內環之間存在耦合，因此在電流內環中引入了輸出電壓的前饋。

[page]3．1電流調節器設計圖3示出電流環控制框圖。電流調節器采用比例調節器，Gci(s)=kip。電流環非得具有較高的動態性能，所以動態特性指標設定為：調整時間ts≤2ms，最大超調量Mp

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