理论教育 逆变系统控制机理:解密工作原理

逆变系统控制机理:解密工作原理

时间:2023-06-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:2)并网逆变下垂控制与传统电力系统控制关系微电网中逆变器控制需要下垂控制,这相当于传统电力系统中的一次调频。解决PI控制不能实现交流量零稳态误差控制的问题。三相逆变器中通过坐标变换将交流量变换为直流量,这样就可以应用PI控制实现零稳态误差控制。单相逆变器中可以通过谐振单元控制实现逆变频率处稳态误差为零的控制,或是其他线性调节器,保证系统的控制误差在允许的范围内就可以了。

逆变系统控制机理:解密工作原理

1)并网有源逆变与无源逆变

有源逆变、无源逆变的区别在于输出连接一般性耗能负载还是电网。对于具有反电动势特性的负载,其耗能状态到回馈状态的改变就是无源逆变到有源逆变的转变。对于直接连接公共电网的情况,其特殊性在于对于逆变器电网具有无穷大能量,逆变器无法改变其电压,因此以功率控制为主,其控制形式可以是电压型并网功率控制,也可以是电流型并网电压控制。此时有源逆变要求对电网锁相,同时电压型并网控制中电压的幅值、相位的控制精度直接影响并网的电流及功率,对于电流型并网控制,有源、无源电流控制方法没有本质不同。

2)并网逆变下垂控制与传统电力系统控制关系

微电网中逆变器控制需要下垂控制,这相当于传统电力系统中的一次调频。如果不考虑电网负载调频需求,单纯的逆变器电压并网或是电流形式并网当然都是可以实现能量传递的。

3)单相逆变与三相逆变

对比单相数学模型与三相等效结构,三相与单相的控制没有本质的不同,静止两相坐标系模型与单相电路结构是一致的,在DC/AC变换中,给定量的形式也相同,同为正弦波给定;两相旋转坐标系结构同单相逆变器相比,其不同在于两相旋转坐标系下的模型中,多了电流扰动量,同时在DC/AC变换中给定量变成了直流量。三相系统可以考虑每相传递函数并进行调节器设计,各相独立控制,设计方法与单相逆变器相同。也可以在两相静止坐标系或两相旋转坐标系下进行调节器设计。在两相旋转坐标系下,理想的电压电流均为直流量,调节器可以选择相对较低的截止频率。单相逆变也可以虚拟为三相逆变,应用旋转坐标系实现电压和电流的控制。

4)调制、控制与调节器

调制是要利用开关实现电压波形的改变;调制带来了谐波,调制之后是通过滤波元件消除谐波,滤波元件在消除谐波的同时带来了系统的过渡过程与稳定性问题;无滤波环节的逆变系统控制问题主要解决在逆变开关供电情况下负载特性带来的控制问题,含滤波环节的逆变系统控制问题是滤波参数带来的控制问题。(www.daowen.com)

解决问题的方法主要是通过控制调节器的调节达到所需要的稳态性能与动态性能。电压调节器与电流调节器及功率调节器在本质上并无设计上的差别,都是针对滤波参数的校正设计。无论哪种设计方法都是针对滤波及负载复合环节进行性能校正,控制性能的优劣也不在于系统控制环的多和少。

通常多环路控制时,内环为电流环,外环为电压环,再外环为功率环。双环、多环控制系统设计的基本原则是先内后外,先设计调试内环再设计调试外环。内环调试完毕后,根据系统实际性能,逐级简化,系统分析过程得到很大的简化。如一个双闭环系统,将内环简化为一个一阶惯性环节,再进行外环的设计,如图6-8b所示。

带宽更宽的调节器的跟踪性能更优秀,但其抗扰性能会变差。应该根据实际系统的要求合理调整带宽。

5)带载模型与空载模型

空载模型更简单,闭环调节器设计完毕后,可以分析负载扰动量的输出传递函数,检验系统在负载的变化范围内能否满足特性要求。满载模型或额定负载模型更适合于负载变化较小的场合。

6)汇总现有的控制策略

总体上可分为两大类,一类是线性控制策略,应用线性调节器实施控制。另一类是非线性控制策略。最典型的线性调节器就是PI调节器。最常见的线性控制器PI控制器Gcs)=kp+ki/s(kpki分别为比例和积分系数)可实现直流量的零稳态误差控制,其原因是PI控制对于直流量输入(相当于ω0=0)的增益为|kp+ki/0|,具有无穷大增益。而对于交流量,PI控制在交流量频率ω0处的增益为|kp+ki/jω0|,不具有无穷大特性,因此不能实现交流量的零稳态误差控制。当然kpki越大,交流量控制的稳态误差越小,但系统的稳定裕度也将变小,过大的kpki将导致系统不稳定。解决PI控制不能实现交流量零稳态误差控制的问题。三相逆变器中通过坐标变换将交流量变换为直流量,这样就可以应用PI控制实现零稳态误差控制。单相逆变器中可以通过谐振单元控制实现逆变频率处稳态误差为零的控制,或是其他线性调节器,保证系统的控制误差在允许的范围内就可以了。非线性控制策略也有很多,比如滞环控制、变结构控制等。

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