基于matlab的单周期控制三相高功率因数并网逆变器的建模与仿真,基于Matlab的单周期控制三相高功率因数并网逆变器的建模与仿真...

0引言近年来,谐波电流对电网的污染问题受到人们的关注。无论是太阳能发电还是风力发电,并网逆变器的研究主要集中于提高电网侧功率因数以及减少电流总谐波畸变(THD)。逆变器的控制主要采用正弦波脉宽调制(SPWM)和空间矢量脉宽调制(SVPWM),但这些控制方法要采用专用数字处理芯片,控制成本较高。一些与数字化相对应的控制方法中,无差拍控制[1,2]由于对精确数学模型的依赖性强以及智能控制(模糊控制和神经网络控制)精度较低,很难在实际中得到广泛的应用;PI控制[3]无法实现正弦指令的无静差跟踪,系统的精度不易满足要求;重复控制[4,5]则无法实现短于一个基波周期的动态响应。单周期控制技术[6]也被称为常频积分复位控制(Constant-frequencyintegrationrestcontrol),是20世纪90年代初由KeyueMSmedley提出的一种新型控制技术,其通用性强,适用于各类电力电子功率变换装置,控制电路简单,可以省去乘法器和部分采样电路,成本低,具有优良的控制性能。随着单周期控制技术研究的深入,在电力电子变流技术的很多领域中,如各种直流变换器、功率因数校正(PFC)电路、有源滤波器(APF)、并网逆变器(GCI)、电能质量柔性控制装置(STATCOM)等,都应用到单周期控制技术。本文通过对三相并网逆变器的建模仿真,验证了单周期控制技术在提高并网电流质量所具有的应用价值,对功率因数校正的研究具有一定的指导意义,而且对航空、航天领域也有较高的参考价值。单周期控制的并网逆变器[7,8]可以等效为双并联的BUCK型逆变器,控制电路简单(复位积分器和一些逻辑器件),动态响应快,且开关损耗低,同一时间内,只有2个开关导通,大大减小了开关损耗。1单周期控制三相PWM并网逆变器建模单周期控制作用于单个开关管时(在Boost或Buck电路中),能够很好地体现单周期的基本思想。假设开关频率fs=1/T(sTs是开关周期)恒定[9],开关管的工作过程可以用以时间t为自变量的开关函数k(t)表示。(1)Ton是开关导通时间,并且Ton+Toff=Ts,模拟控制信号Vref(t)调制占空比D=Ton/Ts。根据单周期控制思想,开关输入信号x(t)与输出信号y(t)的关系为:y(t)=k(t)x(t)(2)假设开关频率fs高于输入信号x(t)和模拟控制信号Vref(t)的带宽频率,那么开关输出的有效信号为:(3)因此,可以通过调节占空比D(t),使每个周期开关输出斩波波形的积分值恰好等于控制信号的积分值,即:(4)从而实现每个开关周期开关输出量y(t)的平均值等于参考量Vref(t)的平均值。这样,利用开关能完全抑制输入信号和线性化后的控制信号Vref(t),使系统具有良好的可控性。利用基于单周期控制的三相PWM并网逆变器,可使输出电流与电网电压同相,减小无功功率的输出。为了简化推导过程做如下假设:电网电压为理想的三相电压源;各相的电感相等,即La=Lb=Lc=L;三相电路参数对称;开关频率远远大于工频;忽略开关器件的导通压降和开关损耗。图1是三相并网逆变器的主电路。图1三相并网逆变器主电路Fig.1Maincircuitofthree-phasePWMGCI效为双并联Buck型逆变器,该6个区间是按每相电压的过零点来划分的。三相电压6个区间的划分如图2所示。为使单周期控制简便,三相逆变器在6个区间内等图2三相电压6个区间划分Fig.2Sixregionsofthree-phasevoltage在第1区间[0,60]内,ia>0,ib<0,ic>0,6个开关的