独立/无源逆变器一、独立逆变基本原理1、硬件结构3、测量分量3、控制结构4、总体结构框图二、simulink模型拓扑搭建1、主电路搭建2、电路参数快捷设置3、每个元件参数设置4、仿真模型参数设置5、测量相关的搭建三、核心控制simulink搭建1采样部分Sampling2控制部分Control3调制发波部分Modulation一、独立逆变基本原理1、硬件结构逆变把直流电通过逆变桥变成交流电根据负载的性质又可以分为独立逆变带无源负载也称为无源逆变并网逆变带有源负载-电网也称为有源逆变独立逆变的硬件结构如下直流侧逆变桥控制集中的地方以两电平三相桥为例由于这里采用PWM控制所以输出会有一些高频谐波LC二阶低通滤波器滤除高频谐波R负载问如果要实现这样一个独立逆变的控制需要测量哪些分量呢3、测量分量Uoa(b,c)输出电压。检测负载上的电压或者电容上的电压实现输出电压闭环控制IL1电感电流桥臂电流也称逆变器电流。实现保护并配合输出电流Io实现内环控制提高抗扰性能如果检测改电流大了也可以直接给逆变器封波防止损坏UDC直流侧电压。实现直流电压解耦构成变增益控制直流侧电压在变化时让交流侧电压不随其变化也就是解耦3、控制结构电力电子变换器又称为功放功率放大器。把控制的弱电信号放大很多倍这里就用KPWM表示以其中一相来看被控对象就是电感、电容负载电流就作为一个扰动变换器增益就是上面说的功放电压外环就是将输出电压和给定进行比较经过PI控制之后再输出给到内环电流内环将电感电流和电容电流合起来也就是电容电流再经过一个P控制设定稳态本质就是开环的部分而加上前面的内环输出来微调就是一个开环和闭环结合的复合控制。把大范围的非线性控制转变为在稳态工作的小范围内线性化控制4、总体结构框图将三相静止坐标变为旋转坐标类似旋转木马的例子。原因交流电就是三相正弦量但通过自控知识可知内模原理即只有采用内模才可实现无静差控制而如果是正弦量的话传统的PI调节器是无法实现无静差控制的除非采用比例谐振调节器检测到的三相输出电压Uo_a(b,c)采用独立逆变的相角wt变换到dq旋转坐标dq的两个分量d和q控制过程是等价的都是通过一个PI外环调节器再到内环内环是将电感电流IL1_a(b,c)与负载电流Io_a(b,c)之差即是电容电流同样经过dq变换在通过一个P内环调节器之后再加上一个前馈分量也就是开环与闭环的复合控制提供稳态工作点最后再将dq分量反变换为abc分量将abc再除以直流侧电压UDC的1 2 \frac{1}{2}21​或3 2 \frac {\sqrt{3}}{2}23​​这个跟调制的策略有关二、simulink模型拓扑搭建1、主电路搭建powergui必备元件DC Voltage Source直流侧用一个直流电源Two-Level Converter三相两电平桥Three-Fhase Series RLC Branch三相串联电感、电容、电阻元件Three-Fhase Parallel RLC Load三相并联负载使用这个就可以按照有功、无功的多少进行设置2、电路参数快捷设置以往设置参数都是双击元件然后进行设置但实际使用如果每次都要双击打开修改元件多了就很麻烦繁琐。在simulink中有一种快捷的可以将全部变量放到模型回调中统一设置右键→模型属性→回调→InitFcn如下图其中在模型回调中有多个函数PreLoadFcn模型预加载函数也就是整个simulink在Load之前就会把这写在这里面的代码先进行运行PostLoadFcn模型后加载函数这个就是模型加载好之后先把这里面的进行运行InitFcn模型初始化函数每次初始化模型的时候就会把这里面的进行运行每次点仿真一下都会有个初始化过程StartFcn仿真启动函数通常设置参数变量就是在InitFcn这里面。因为如果在前面设置当你修改变量值就需要把仿真关掉重新开才能更新变量值参数值如下可以理解就是Simulation这个对象点后面就是属性Simulation.StepSize1e-6;%整个仿真步长Simulation.Inverter.P10e3;%逆变器的功率Simulation.Inverter.Vdc700;%逆变器的直流侧电压700VSimulation.Inverter.Vo400;%ph-ph额定输出电压400V相到相的电压也就是线电压Simulation.Inverter.fo50;%逆变器的输出频率Simulation.Inverter.Params.L11e-3;%电感Simulation.Inverter.Params.C160e-6;%电容Simulation.Inverter.Control.Ts1e-4;%控制的采样时间Simulation.Inverter.Control.fs10e3;%控制的频率也就是开关频率Simulation.Inverter.Control.VoltPI.KP0.1;%外环Kp参数Simulation.Inverter.Control.VoltPI.KI0.1*0.2*1e3;%外环Ki参数Simulation.Inverter.Control.CurrPI.KP0.6;%内环Kp参数3、每个元件参数设置上述变量在初始化后之后就可以在每个元件的值中用变量的形式如下图Vdc直流侧电压的设置如下L电感C电容的设置如下RLC负载的设置如下4、仿真模型参数设置仿真过程最好都用离散的仿真点开模型设置的界面如下图将类型选为定步长求解器选为离散固定步长这里设置为Simulation.StepSize也是前面定义好的变量powergui也要设置对应的离散形式5、测量相关的搭建由前面的原理分析中知道测量分量主要有以下几个Uoa(b,c)输出电压IL1电感电流Io输出电流UDC直流侧电压找到对应的测量模块Three-Phase V-I Measurement也就是三相的电压电流测量模块输出端测量输出电流Io_abc和电压Vo_abc这里相电压是需要有参考地的因为后面负载是带参考地所以就可以用如果没有参考地就得测线电压再折算成相电压电感端只测量电感电流IL1_abc如下直流侧电压测量则直接使用万用表Multimeter测量即可示波器Scope未加控制的基本搭建情况如下三、核心控制simulink搭建控制内容主要分三部分1、采样部分2、控制部分3、调制与发波部分以下按照这三部分分开搭建每部分用一个子系统进行封装找到Subsyste将三部分分别封装1采样部分Sampling2控制部分Control3调制发波部分Modulation学习来源B站西瓜粥西瓜粥