微电网建模与控制基础 课件 第4章 三相DC-AC变流器的电压控制

L4.三相DC-AC变流器的

电压控制原理课程内容三相电压型变流器dq坐标系下的等效模型三相电压型变流器控制器结构课程内容三相电压型变流器dq坐标系下的等效模型三相电压型变流器控制器结构微电网中的电压型变流器塑造微电网中母线的交流正弦电压在交流微电网中，塑造母线电压的电压型变流器通常只有1个被控制量：交流母线电压vg滤波器：LC滤波器LC滤波器的滤波效果滤波前电压SPWM波形vi：滤波后正弦电压波形vg

：电压型变流器中LC滤波器的建模对于电压型DC-AC变流器，开关桥的建模方法与电流型DC-AC变流器的建模完全相同(KPWM，不再赘述）与电流型变流器不同的是：LC滤波器(用于电压滤波)根据电感、电容的电压、电流关系和基尔霍夫定律，可列出以下的电压、电流方程：LC滤波器的频域模型：频域框图根据这些方程，作出LC滤波器的s域传递框图：对于LC滤波器而言输入量为桥臂输出脉冲电压vi输出量为交流微电网电压vg电网电流ig可以视为扰动项LC滤波器的频域模型：vi到vg传递函数根据频域框图，忽略扰动项（将电网电流ig视为扰动项），可以求得LC滤波器输入到输出电压的传递函数为：LC滤波器是一个典型的二阶系统LC滤波器的频域模型：vi到vg传递函数波特图LC滤波器的幅频响应：在谐振频率fres以前为0dB，在谐振频率fres以后以–40dB/dec的斜率衰减，谐振频率fres即为其转折频率将LC滤波器的传递函数与二阶系统的标准形式比较，得到LC滤波器的谐振频率fres（转折频率）为：LC滤波器dq坐标系下等效模型：电感Lf与电感滤波器类似，LC滤波器

也可以在dq坐标系下进行建模对于滤波电感Lf，abc坐标系下

电感电压和电感电流满足关系式：将上式变换到dq同步旋转坐标系，得到：电感

Lf的dq耦合项LC滤波器dq坐标系下等效模型：电容Cf对电容支路Cf，在abc坐标系下

电容电压和电容支路电流满足：做与电感类似的坐标变换，dq坐标系下电容支路的方程是：电容

Cf的dq耦合项LC滤波器dq坐标系下等效模型综合电感、电容两个方程，LC滤波器在dq同步旋转坐标系下的完整频域框图，电压电流双耦合：需要分别对电感、电容均进行dq量的解耦控制课程内容三相电压型变流器dq坐标系下的等效模型三相电压型变流器控制器结构电压型变流器的双环控制结构除开环控制和直接以输出电压vg作为被控制量的单环控制外，还可设计解耦效果最好的双环控制双环控制包括网侧电压控制和变流器侧电流控制。电压型变流器的双环控制结构根据LC滤波器的频域框图，参考电流型变流器的dq控制（dq轴解耦+电压扰动量前馈），可以构建如下所示的双层控制器：电压型变流器的双环控制结构将控制器与LC滤波器自身等效模型相连：内环作用于电感，控制电感电流is外环作用于电容，控制电容电压vg外环电压控制器内环电流控制器电感模型电容模型电压型变流器的双环控制结构等效简化电压双环控制结构+电路模型，可进一步简化整理：对于电流内环，解耦项和前馈项可以直接抵消电流dq耦合项和电压扰动项vg的影响。对于电压外环，由于电流内环是单位反馈系统，低频段增益是0dB，因此解耦项和前馈项也可以抵消电压dq耦合项和扰动项ig的影响。对调制KPWM归一化，下图中已略去。电流内环电压外环仿真示例：控制效果阶跃输出交流电压VAC：220VRMS阶跃到110VRMS额定负载：4.4Ω三相输出交流电压（上）三相负载交流电流（下）d轴电压控制效果（上）q轴电压控制效果（下）L4：三相DC-AC变流器的电压控制仿真知识点回顾：三相DC-AC变流器的电压控制双环控制包括网测电压控制器和变流器侧电流控制器。知识点回顾：三相DC-AC变流器的电压控制根据LC滤波器的频域框图，参考电流型变流器的控制（dq轴之间的前馈解耦及扰动的前馈），可以构建如下所示的控制器：仿真实验：三相DC-AC变流器的电压控制仿真参数：直流电压源VDC/2：400V纯电阻负载：每相8Ω开关频率：20kHz仿真时长：1s，变步长负载电压：三相正弦波初始220VRMS，50Hz0.5s时，阶跃到110VRMSLC滤波器：Lf=0.6mH,Cf=9µF电流内环PI控制器：Kp：7Ki：10005电压外环PI控制器：Kp：0.02Ki：7.3仿真实验：三相DC-AC变流器的电压控制课堂任务：采用第二次所用的开环电压控制方法（dq轴直接设置电压参考信号阶跃，不闭环控制），指出5%调整时间与超调量（相对于阶跃变化的百分比）。将控制改为双闭环控制结构（保留开环控制部分，用选择开关），将dq分量的参考值与实际值对比，指出5%调整时间与超调量（相对于阶跃变化的百分比），观测输出电压和负载电流的变化和区别。注意：电压型变流器的相位θ由其自己决定，可利用周期锯齿波或斜波信号，按照20ms增加2*pi规律产生。在PLECS中采用传递函数建立三相DC-AC并网变流器dq轴下s域等效模型，采用相同的控制回路和控制器参数，并和实际开关电路的仿真结果作比较（包括内、外环参考值和实际值），注意耦合项和扰动项。深入研究问题：仿真实验部分报告提交要求完成PLECS仿真，将L2、L3、L4任务写成报告（简单分析讨论）将PLECS仿真文件（.plecs文件）和实验报告（.pdf）