逆变器电压内环控制设计

电流型虚拟同步机控制（VSG)

       欧洲的电流型虚拟同步机控制（VSYNC）方案，通过频率偏差和变化率控制算法，调整微网逆变器系统的性能，使其在新能源发电如风能和光伏的背景下，改善电力系统的调频和调压能力。VSG技术的核心在于模拟同步发电机特性，提供必要的惯性和阻尼，以弥补传统发电设备不足。

       两种主要的VSG技术路线，即电流控制型和电压控制型，前者已在大容量新能源电站中得到实际应用。电流控制型VSG系统如图1所示，包含锁相环、有功和无功控制，以及电流内环控制。系统通过滤波电路接入电网，通过低通滤波器处理电流和频率信号，以保持系统的稳定性。

       在VSG并网系统中，两个坐标系的转换关系对稳定性分析至关重要。文章详细分析了锁相环、网侧环节、电流滤波环节以及控制环节对系统小信号稳定性的影响。例如，惯性时间常数Tj和锁相环比例系数KPpll的改变，对系统的特征根和振荡模态有显著影响，可能导致系统失稳。

       实验和仿真研究进一步验证了这些参数对并网稳定性的影响。电流控制型VSG在电压等级较高的电网和弱电网环境下，需要特别关注其并网适应性，以防止由于阻抗比或电网强度变化引起的失稳。通过RT-LAB的仿真实验，这些理论分析得到了验证。

       总结来说，电流型VSG的控制参数对并网稳定性有显著影响，需要合理设定以确保系统在各种条件下的稳定运行。同时，双模式切换的设计允许无扰动地在VSG模式和逆变器PQ模式之间切换，强化了逆变器的并网稳定性。

基于V/F控制的三相逆变器仿真模型研究（Simulink仿真实现）

       分布式电源逆变器控制方法有PQ控制、V/f控制和Droop控制，其中V/f控制适用于孤岛运行微电网，使频率和电压保持稳定。采用V/f控制策略的三相逆变器，在功率变化范围内，输出电压保持稳定。V/f控制通过反馈电压调节交流侧电压，实现输出电压稳定，通常采用双环控制策略，电压外环保持稳定输出电压，电流内环快速抵御扰动。三相逆变器输出电压和逆变桥输出电流经过Park变换为d轴和q轴分量，与指令电压、角频率和参考信号通过PI控制器和反Park变换形成六路驱动信号，控制开关管开通与关断。

       V/F控制是将交流电压振幅与频率按比例关系控制的一种方法，用于将直流电能转换为交流电能。在仿真模型研究中，使用电力系统仿真软件如Matlab/Simulink、PSIM等建立控制方法模型。模型关键在于将直流电压转换为交流电压，具体步骤包括建立直流电压源、三相逆变器桥臂和三相负载模型，将它们连接起来，并设置V/F控制参数。运行仿真后，可以观察逆变器输出的交流电压和负载电流波形，以及功率转换效率等指标，评估V/F控制性能。具体仿真步骤和参数可能因使用的仿真软件有所不同。

       基于V/F控制的三相逆变器仿真模型搭建步骤包括：建立直流电压源、三相逆变器桥臂、三相负载模型，连接电源、逆变器和负载，设置V/F控制参数并运行仿真。观察仿真结果，如逆变器输出波形和负载电流波形，以及功率转换效率等性能指标，评估V/F控制方法的性能。

       在具体研究中，仿真模型的搭建和参数设置应根据实际情况进行调整和优化。具体步骤和参数设置因使用的仿真软件而异，以上为一般性参考步骤。

       参考文献：文章中引用内容如有不妥，请随时联系删除。[1] 张飞, 刘亚, 张玉杰. 基于V/F控制的三相逆变器仿真模型的研究[J]. 自动化与仪器仪表, 2015.

基于下垂控制与MPPT的电压源型光伏逆变器

       基于下垂控制与最大功率点跟踪(MPPT)的电压源型光伏逆变器设计，将MPPT嵌入下垂控制中，实现同步并网与MPPT的统一，通过有功功率内环与直流电压外环控制，确保并网与离网状态下的无缝切换与高效控制。此设计采用并网电感L2进行功率交换，滤除谐波。PCC为公共耦合点，L1为滤波电感，C1与C为滤波电容与直流侧电容。在并网时，调整功率微调参数dP0ref与dQ0ref以匹配电网频率，保证逆变器输出频率在同步并网时与电网频率一致。在保证MPPT调节稳定性前提下，适当增大Kp值，提高有功环带宽。

       仿真与实验显示，Kp=0.0003在并网运行时效果最佳，有功带宽提高至约11.44Hz，Gp=72.2/s。直流侧电压外环设计结合MPPT控制嵌入下垂控制方法，实现MPPT控制周期1S，MPPT电压闭环控制器频率为4.28Hz（约200多毫秒）。在离网与并网状态下，有功功率环路带宽分别为3.16Hz与11.44Hz，通过调整KP值加快并网时的功率调整速度。尽管环路的控制周期需进一步验证，但设计有效地提高了光伏逆变器在不同运行状态下的性能与稳定性。

三相光伏并网逆变器中双闭环的作用

       1. 在三相光伏并网逆变器中，双闭环控制系统的作用至关重要，它主要目的是为了提升整个光伏发电系统的稳态和动态性能。

       2. 该系统中的内环电流控制器负责生成一个输出信号，这个信号被外环电压控制器用作其输入信号。

       3. 通过这种内外环控制方式的共同作用，逆变器输出的电流和电压能够稳定且精确地满足电网的标准和要求。

三相四线制逆变器并网电流复合控制策略

       本文介绍了一种创新的三相四线制逆变器并网电流复合控制策略，旨在融合PI控制的高速度、PR控制的带宽和精度以及重复控制的全面跟踪特性，以优化并网性能和补偿负载影响。策略通过基波正序电压检测器补偿电流，确保电位基波正序电流三相对称，适应电网电压的畸变和不平衡状态。

       在实际应用中，逆变器内环采用PI控制跟踪直流分量，PR控制针对特定频率谐波，而重复控制处理所有谐波，通过双谐振特性减少PR控制器数量。系统结构中，利用PLL提取电网电压相位，正序电压和电流参考值根据需求计算。面对非理想工况，如电压畸变和不平衡，复合控制策略确保逆变器在这些情况下仍能快速、精确地跟踪并网电流指令，降低谐波和不平衡度。

       具体来看，复合控制策略的仿真结果表明，即使在负荷变化和电压不理想的情况下，逆变器仍能保持三相电流的对称性和中线电流的极小化，显示了该控制策略的有效性和稳定性。

工程化PR控制器的研究

       在三相逆变器的电流内环控制中，PR控制器（比例谐振控制器）因其在基波频率下具备无穷增益，被广泛应用于实现无静差的电流控制。然而在单相逆变器系统中，PR控制器的优势更为显著，因其能够克服坐标变换和交流信号控制的难题。PR控制器的核心在于其理论，理想的PR控制器在单一频率下具有高增益特性，类似带通滤波器，中心频率处有90度相移。实际应用中，会考虑测量误差和参考波形频率变化，采用变形的PR控制器。

       PR控制器与PI控制器的比较中，PR控制器对中心频率信号有抑制作用，增益随频率增大而增大，而PI控制器则适合处理周期较大信号，具有低通滤波器特性。离散化是将连续的控制理论转化为数字控制器的关键步骤，如采用欧拉前向差分法离散化PR控制器，公式如下：

       [公式] (4) [公式] (5)

       在工程实践中，根据传递函数

       [公式]

       会得到实际的离散化等式，如

       [公式] [公式]

湖北仙童科技有限公司 高端电力电源全面方案供应商 江生 13997866467