逆变器的DQ变换



三相锁相环PLL锁相原理及仿真验证

锁相环在光伏逆变器并网中有重要应用，负责测量电网信号相位，实现逆变器单位功率因数并网。

原理分析中，三相锁相环首先通过abc三相电压的dq0变换，将交流量转换至同步旋转坐标系下的分量，便于进行直流量控制。通过PI调节使得a相q轴分量为0，借助积分环节计算出d轴旋转角度。由于a相与d轴最终重合，此角度即为a相角度，图1展示了这一原理。

结合实际情况分析，若a相电压滞后d轴30°，a相电压q轴分量为负值。通过原理图，可得知经PI调节后输出正值，与电网角速度相减，得到小于电网角速度的w。积分后得到wt，反馈到派克变换中，使得dq坐标系旋转速度减慢。经过调节，最终d轴与电网电压同步旋转，此时q轴分量为0，电网电压与d轴保持同步，此时得到a相角度，锁相成功。

仿真验证中，在三相并网逆变器中验证三相锁相环，输出的正弦曲线与电网相位一致，验证锁相成功。

PLECS 应用示例（77）：三相T型逆变器（Three-Phase T-Type Inverter）

本文展示了一款用于并网应用的三相T型逆变器，采用Wolfspeed SiC MOSFET。图1显示了电路图，演示了如何选择器件、控制器参数和调制方法以影响逆变器的热性能。模型研究了逆变器在不同运行条件下的性能，确保系统安全高效运行。

T型逆变器类似于三电平中点箝位（NPC）逆变器，提供改进的谐波性能，同时减少零件数量和外部开关器件的导通损耗。本示例展示了一个22 kVA额定功率的T型逆变器，将800 V直流母线转换为三相60 Hz、480 V（线路，rms）配电。

模型配置了三种不同开关类型的SiC MOSFET，分别具有不同的额定电压、额定电流和RdsOn值，用于评估其热性能。每个器件都被建模为具有定制掩模配置的子系统，包括MOSFET和体二极管，以及热模型。组件掩模参数包括导通电阻和体二极管正向电压，以确定电流流过路径，影响开关损耗。

控制器采用解耦的同步参考系电流控制器，用于生成dq电压参考，通过独立的PI调节器将逆变器输出电流调节至设定点。PI控制器包括去耦前馈项，使用简单的同步参考帧锁相环（PLL）测量电压参考相位角，然后转换为三相电压参考，馈送到调制器，用户可选择不同的调制方案。

调制器组件实现不同的调制方法，如SPWM、SVPWM、THIPWM、THZSPWM和DPWM，以比较其对半导体损耗的影响。例如，DPWM在单位功率因数下的损耗最低，但当功率因数角接近0.5时，SPWM和SVPWM方法显示出较高的损耗。

通过操纵控制器设置、调制方案、开关频率、死区时间、控制器增益以及分析设备类型、并联设备数量和外部冷却或散热器的影响，可以试验控制器设置并分析系统级电气规格。参数扫描是确定设计决策如何在一系列操作条件下影响转换器性能的有效方法。

该模型突出显示了PLECS的热建模能力，并可以作为研究控制器设计对其他拓扑结构效率影响的例子。

基于DDSRF正负序分离方法的不平衡电网PQ控制策略_平衡电流控制

并网逆变器在面对不平衡电网时，需要实现对正序、负序和零序分量的分离，通过锁相环对正序电压进行定向，进而实现正序电网电压的控制。本文采用的DDSRF方法进行锁相，通过分离正负序分量，利用锁相环对正序电压进行锁相，然后进行dq变换，实现电流控制。整体控制策略以基本的并网逆变器PQ控制为起点，额外加入不平衡电网的正负序分离步骤和负序电流控制。在不平衡电网中，通过控制正序电流实现单位功率因数入网，而负序电流则控制为零，以输出平衡电流。

仿真模型搭建了硬件电路、整体仿真电路、不平衡电压搭建方法和控制部分。在不平衡电压下，采用解耦双同步旋转坐标系锁相环（DDSRF_PLL）进行锁相。通过锁相的关键在于利用正序电压进行定向。仿真结果表明，电流实现了平衡控制，在平衡电网和不平衡电网两种情况下，逆变器均能实现单位功率因数并网。

采用基于DDSRF正负序分离方法的不平衡电网PQ控制策略，能够实现分离后的正序功率按功率指令输出，达到单位功率因数并网的目的。此策略在处理不平衡电网问题时表现出了较好的性能，实现了电流的平衡控制。

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典型的双向全桥dc-dc变换电路2种控制方式有何区别?

在探讨典型的双向全桥直流-直流变换电路的两种控制方式时，关键在于理解每种方法的原理和特性。控制方法的差异对电路的性能有着直接影响。

第一种控制方式采用两套控制系统，整流器执行电压源型变换（VSR），逆变器则执行电压源型逆变（VSI）。这使得控制逻辑更为复杂，但优势在于能够通过在DQ变换后为Q轴设定0的参考值来精确控制功率因数。这种控制方式下，占空比会发生变化，但其调压范围受限，因为变压器只能实现升压和隔离功能，而交流侧电压的幅度不能超过直流侧电压。因此，交流侧电压需要通过LC滤波接近正弦波形。

第二种控制方式则采用传统双相移控制的双主动/半桥结构，其设计相对简化，仅需采样输出电压，占空比固定为50%。通过DSP对副边进行脉宽调制（EPWM）时设置相移延迟，便能实现电流波形的生成。然而，电流波形并非正弦波。

在变压器的设计与应用中，不仅要考虑升降压和隔离功能，还需考虑利用漏感进行储能。理论上，当原副边的折算变比接近1时，电路能实现零电压开关（ZVS）和零电流开关（ZCS）。然而，实际操作中，由于死区效应的存在，输出电压并不能精确为零。为了改善性能，可以通过调整设计参数、引入电容形成LLC拓扑结构，或采用更先进的控制策略如双相移控制。

此外，值得注意的是，传统的双主动/半桥控制方式还存在交流电流零漂和死区极性反转的问题。深入研究这些现象，有助于优化电路设计，提高变换效率和稳定性。

4种派克(Park)变换、克拉克（Clark）变换与基于dq轴解耦的双闭环控制之间的关系(一)

4种Park变换、Clark变换与基于dq轴解耦的双闭环控制之间的关系主要体现在以下几个方面：

Park变换与dq轴解耦：

Park变换：是将三相静止坐标系转换为两相旋转坐标系的变换方法。四种常见的Park变换矩阵形式源自不同的abc坐标系与dq轴关系，每种形式有其特定的系数和表达方式。dq轴解耦：在dq轴坐标系下，通过适当的控制策略，可以实现电机定子电流的励磁分量和转矩分量的解耦控制，从而简化控制系统的设计。

Clark变换与Park变换的关联：

Clark变换：是将三相静止坐标系转换为两相静止坐标系的变换方法。它是Park变换的前置步骤，常用于电机控制的预处理阶段。关联：在进行Park变换之前，通常需要先通过Clark变换将三相电流转换为两相电流，然后再进行Park变换，将两相静止坐标系转换为两相旋转坐标系，以便进行dq轴解耦控制。

在双闭环控制中的应用：

双闭环控制：通常由电流内环和速度外环组成，用于实现电机的精确控制。Park变换的作用：在电流内环中，通过Park变换将三相电流转换为dq轴电流，实现对d轴和q轴电流的分别控制，从而实现对电机转矩和磁链的精确控制。整体控制策略：速度外环根据给定的速度指令和实际的电机速度反馈，调整d轴电流的给定值，以控制电机的转速；电流内环则根据d轴和q轴电流的给定值和实际值，调整逆变器的输出电压，以实现电流的快速跟踪。

综上所述，4种Park变换和Clark变换在基于dq轴解耦的双闭环控制中起着至关重要的作用，它们是实现电机精确控制的关键技术之一。

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