基于SPWM 逆變器控制系統的建模與仿真

　　2 電流內環電壓外環雙環控制的基本原理

　　早些年，逆變器電壓電流雙環控制用輸出電壓有效值外環維持輸出電壓有效值恒定，這種控制方式只能保證輸出電壓的有效值恒定，不能保證輸出電壓的波形質量，特別是在非線性負載條件下輸出電壓諧波含量大，波形失真嚴重;另一方面，電壓有效值外環控制的動態響應過程十分緩慢，在突加、突減負載時輸出波形波動大，恢復時間一般需要幾個甚至幾十個基波周期，瞬時控制方案可以在運行過程中實時地調控輸出電壓波形，使得供電質量大大提高。其中，應用較多的有:電壓單環控制、電壓電流雙環控制、滯環控制等。

　　本文主要采用電流內環電壓外環的雙環控制，結構框圖如圖3 所示，輸出反饋電壓和給定電壓基準信號比較，形成瞬時誤差調節信號。經過電壓PI 調節器后作為電流給定基準值，與電流反饋信號比較，形成瞬時誤差信號，經過電流PI 調節器產生電流誤差控制信號。

　　該信號與三角載波交截后產生SPWM 開關信號，控制主電路開關器件，在LC 濾波器前端形成SPWM 調制電壓，經LC 濾波器后輸出正弦電壓。

圖3 雙閉環控制系統框圖

　　2.1 具有狀態解耦的多環控制系統

　　在雙環控制系統中，由于電壓外環對電流內環具有緩慢擾動作用，要實現更好的控制效果，必須對控制對象進行解耦，消除輸出電壓產生的交叉反饋作用。

　　依據控制結構的不同，效果也會不一樣，文中對以下提出兩種改進方案進行分析。

　　(1)帶負載電流解耦的電感電流反饋

　　如果電感電流能夠得到快速跟蹤，則相對外環來說，內環動態過程可以忽略，負載電流就很容易解耦。

　　圖4 是實現了負載電流解耦的內環電感電流反饋控制結構圖。負載電流解耦把負載電流作為電流環附加指令，不必等到電壓誤差產生就能提供負載所需要的電流。這樣負載突變可以通過前饋有效地抑制，不依賴外環來調節，從而提高響應速度。電感電流內環的帶寬由Ki設置，帶寬越大，電感電流跟蹤的快速性越好，負載電流解耦的效果也越好，輸出波形的穩態精度也越高。

圖4 電感電流反饋控制框圖

　　指令傳遞函數:

　　擾動傳遞函數:

　　(2)帶輸出電壓解耦的電容電流反饋

　　從電路的角度來看，對LC 濾波器而言，出現負載擾動時，電感電流不能突變，只能影響電容電流。因此，電容電流反饋可以直接反映出負載電流的變化。

　　從擾動的作用點來看，采用電容電流反饋可以將負載擾動，包含在反饋環路的前向通道內，因此可以及時對擾動產生抑制。從反饋原理來看，反饋哪個量，就能增強那個量的穩定度，反饋電容電流能使其在負載汲取電流時仍有維持不變的趨勢。這樣，不需要擾動前饋補償，電容電流反饋結構就可以得到比僅用電感電流反饋要好的動態性能。從逆變器的輸出來看，只要精確保證電容電流為正弦，無論負載如何變化都可以得到良好的輸出正弦電壓。若取電感電流反饋(無負載電流前饋補償)，那么負載擾動只能通過電壓外環調節;而取電容電流反饋，負載擾動在內環就可以得到及時的抑制。由于沒有檢測電感電流iL ，電感等效電阻無法解耦，其動態輸出特性在低頻段會受到一定影響。

圖5 電容電流反饋控制框圖