基于Simulink庫仿真的單相逆變電源調節器設計

摘要：基于Simulink庫研究了采用SPWM波控制的單相逆變器雙閉環PID調節器的建模與仿真。本系統在Simulink庫中模擬產生SPWM波形，并建立了在理想狀態下的整流和逆變電路，提出通過電壓均值環和電壓瞬時環雙環控制來對輸出電壓進行調節。將此建模思想移植到10K模塊化單相UPS電源上，控制精度和準度，均能達到預期效果。
關鍵詞：三電平SPWM；逆變器；電壓雙環控制；建模和仿真；整流載

隨著電力行業的快速發展，逆變器的應用越來越廣泛，逆變器的好壞會直接影響整個系統的逆變性能和帶載能力。逆變器的控制目標是提高逆變器輸出電壓的穩態和動態性能，穩態性能主要是指輸出電壓的穩態精度和提高帶不平衡負載的能力；動態性能主要是指輸出電壓的THD(Total Hannonic Distortion)和負載突變時的動態響應水平。在這些指標中對輸出電壓的THD要求比較高，對于三相逆變器，一般要求阻性負載滿載時THD小于2％，非線性滿載(整流性負載)的THD小于5％。這些指標與逆變器的控制策略息息相關。文中主要介紹如何建立電壓雙環SPWM逆變器的數學模型，并采用電壓有效值外環和電壓瞬時值內環進行控制。針對UPS單模塊10 kVA單相電壓型SPWM逆變器進行建模仿真。通過仿真，驗證了控制思路的正確性以及存該控制策略下的逆變器所具有的魯棒性強，動態響應快，THD低等優點。并以仿真為先導，將其思想移植到具體開發中，達到預期效果。

1 三電平逆變器單相控制模型的建立
帶LC濾波器的單相逆變器的主電路結構如圖1所示。圖1中L為輸出濾波電感，C為濾波電容，T1，T2，T3，T4分別是用來驅動IGBT的三電平的SPWM波，U0為輸出負載兩端的電壓。在建立控制系統的仿真模型時，需要采集負載兩端的電壓與實際要求的電樂值做比較，然后通過調節器可以得到所需要調節的值。在此仿真模型中，驅動波形采用的是三電平的SPWM波形，具體的產生原理在這不做詳細描述。在Matlah的Simlink庫中SPWM波的產生如圖2所示，這里調制比設為0．8。