单相UPS逆变器的多环控制策略研究

1引言UpS主要由蓄电池、充放电电路、逆变电路和控制系统等几部分组成，其中逆变电路及其控制系统是UpS电源的核心部分。单相UpS逆变器的被控量是50Hz的交流量，而pI调节器不能对交流量实现无静差调节，要减小稳态误差，非得提高比例增益，但过高的比例增益，会降低系统的稳定性，因此pI控制算法不适合控制交流量。依据内模原理，要实现无静差控制，控制环前向通道上非得含有外部输入量的动态模型。重复控制算法能依据被控对象，在控制环的前向通道上形成被控对象的内模，从而实现对交流量的无静差控制。采用重复控制策略控制单相正弦波逆变器能得到较满意的性能，但算法较复杂，实现也较困难。单相逆变器的多环控制策略与双环控制策略相比，逆变器输出电压的波形有所改善，但仍存在静态误差。文献研究了单相逆变器的比例谐振控制算法，但没有考虑负载变化对系统的影响。针对以上问题，这里提出了基于比例谐振控制的多环控制策略。试验结果声明，与其他单相逆变器的控制策略相比，该控制方案是一种理想的控制方案。2单相UpS逆变器工作原理及数学模型所研究的单相UpS逆变器采用单相全桥拓扑结构，如图1所示。

图中负载可为线性负载或非线性负载。对单相逆变器的4个IGBT开关VS1～VS4进行调制，将直流电压Udc调制成pWM脉冲电压，通过LC滤波器滤除高频谐波，在输出端得到幅值和频率都可调的正弦波电压。设m为调制度，依据电路定律，单相逆变器的数学模型为：

3双环控制策略及其调节器参数的整定采用电感电流反馈控制(内环)和输出电压反馈控制组成的级联结构。采用比例谐振调节器对输出电压进行无静差调节，采用比例调节器控制电感电流。为应对负载变化引起的大范围扰动，在电压外环中引入负载电流前馈控制，负载电流前馈控制与电压调节器的输出共同构成了电感电流指令信号，整个控制框图如图2所示，Kdc为输出电压前馈系数。因为电压环与电流内环之间存在耦合，因此在电流内环中引入了输出电压的前馈。

[page]3．1电流调节器设计图3示出电流环控制框图。电流调节器采用比例调节器，Gci(s)=kip。电流环非得具有较高的动态性能，所以动态特性指标设定为：调整时间ts≤2ms，最大超调量Mp

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