并网逆变器并网电流控制

三相并网逆变器建模与电流环控制器设计

       在探讨三相并网逆变器建模与电流环控制器设计时，首先需构建逆变器在dq坐标系下的数学模型。通过在Simulink中搭建的三相并网逆变器系统，结合状态空间表达式，我们能验证数学模型与物理模型的输出相符，尽管数学模型忽略了开关过程的高频纹波。

       通过加入电网电压前馈和解耦项，实现了对d、q轴的独立控制，使得在输入端施加阶跃信号时，d轴电流变化而q轴电流不受影响，从而实现了d、q分量的解耦控制。数学模型被重新表述为简化形式，分别以状态空间表达式和传递函数的形式进行描述，并与物理模型输出进行对比，证明了数学建模的准确性。

       在设计电流环控制器时，首先关注dq轴电流控制环路的结构一致性，以d轴为例，讨论了PI控制器参数的设计方法。将电流控制环路看作典型二阶系统，并基于此进行控制器设计。引入闭环零点后，系统性能会受到一定影响，如峰值时间提前、超调量增加等。通过选择合适的参数，如阻尼比和无阻尼自然振荡频率，可以有效抑制高频纹波，同时保证系统动态性能的良好表现。

       设计控制器时，还需考虑调制器模型的细节，包括调制器增益与控制延时。调制器通过占空比计算实现三相正弦电压的输出，其增益决定期望电压与实际输出电压之间的比例关系，控制延时则表示从调制器输出指令到实际逆变器输出电压的延迟时间。在数字控制器中，由于存在计算周期的延时，实际输出电压会滞后于调制器指令。

       综合考虑控制延时的影响，设计电流环控制器时需对系统模型进行简化，通过采用一阶惯性环节来反映延时效应。在开关频率较高时，可以忽略控制延时的影响，按照理想模型设计控制器参数。对于低载波比变换器的研究则需要额外考虑控制延时和相位补偿，以确保控制器设计的准确性和系统稳定性。

       总结而言，本文介绍了三种电流环控制器设计方法：基于典型二阶系统的时域设计、基于系统伯德图的频域设计以及基于典型I型系统的时域设计。这些方法能够有效满足不同工况下的逆变器控制需求，实现对三相并网逆变器的精确控制。

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