毕设学习（二）——三相并网逆变器控制策略_pq控制

 本系列将记录我的毕设学习过程，同时分享我的学习内容，欢迎大家讨论交流，如有错误还望大佬指正。  
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前言

  当微电网工作在不通运行模式时，对变流器（逆变器）的控制要求也有所不同，以便能够满足微电网的运行要求。目前，三相并网逆变器的控制策略主要包括PQ控制、V/f控制、下垂控制。当然还有VSG等等，这些方法的提出更晚一些。这一篇文章主要来介绍我所使用过的PQ控制和V/f控制。
  对于逆变器的控制策略在上一篇中就已经有所涉及，而PQ控制和V/f控制也是通过闭环结构控制电压和电流，然后通过SPWM或SVPWM生成逆变器的驱动信号，只是由于PQ和V/f控制所要达到的目标有所差异，在闭环结构上也有所不同。
  整个控制过程中涉及到的Clark变换，Park变换以及SPWM或SVPWM，传递函数等相关知识，这些都能在网络上找到相当多的高质量讲解，这里就不展开了，主要是对控制策略的闭环控制结构进行介绍。

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一、三相桥式电压型逆变器的数学模型

  逆变器作为控制对象，在对整个闭环控制结构进行研究时需要将逆变器抽象成数学模型，引入整个闭环控制结构。三相桥式电压型逆变器如下图所示
设 DC/AC 变换器出口电压为$U_{oa}$、$U_{ob}$、$U_{oc}$，流过滤波电感的电流为$I_a$、$I_b$、$I_c$，滤波电容上的电压为$U_{ca}$、$U_{cb}$、$U_{cc}$，负荷处的电流为$I_{oa}$、$I_{ob}$、$I_{oc}$。假设在三相平衡的条件下，通过基尔霍夫定律可以得到在abc静止坐标系下的状态方程

  由于在abc静止坐标系下，三相电压和电流为矢量，在进行PI控制时无法准确跟踪，因此还需要进一步的变换。通过Clark变换，可以将上式变换到两相静止的坐标系，此时alpha轴与三相电压A相同步。变换矩阵：

  变换后结果为：
  然后通过Park变换，可以将上式变换到两相旋转的dp坐标系。此时三相电压和电流就能够在坐标系中相对于坐标轴静止。变换矩阵与两相同步旋转dq坐标系下的状态方程如下所示：

  由此，可以在dp坐标系下构建三相桥式电压型逆变器的数学模型框图。

二、V/f控制

  V/f控制的主要控制目是让逆变器输出电压与频率保持不变，适用于微电网工作于离网模式。在离网模式下，微电网具有恒定电压和恒定频率控制的特性，储能系统需要在分布式电源发电不足时进行工作，以支撑电压和整个微电网的频率。双闭环控制结构如下图所示：

  采集通过LC滤波器的三相电流和三相电压，经过Clark和Park变换得到dq坐标系下V/f控制的电压外环和电流内环的数学模型：
  最终输出电压控制信号和，经过反变换和SPWM调制得到变流器的驱动信号。
  上述所说明的仅是系统的控制部分，即生成逆变器的控制信号，但完整的系统闭环还包括逆变器本身的部分，如下图。逆变器的输出量在变换为dq坐标系下的量后反馈至V/f控制的输入，V/f控制的输出在经过一系列变换后又作为逆变器部分的输入。

  在实际的模型搭建是，一般可以忽略逆变器的部分，即图中的系统开环部分，这是由搭建的系统本身的参数决定的，也不涉及任何PI调参，但在我们计算系统控制部分的PI参数时则需要考虑后面的系统开环部分。

三、PQ控制

  PQ控制也称恒功率控制，即以DC/AC变换器的输出功率作为闭环控制系统的输入量，控制DC/AC变换器输出的有功功率和无功功率为恒定值。一般，该控制策略主要用微电网工作在并网模式下，此时微网及其并列的储能系统的出口电压可由配电网支撑，此时储能系统主要与配电网进行功率交换。PQ控制的闭环结构如下所示

  闭环系统输入为变流器输出的有功功率P和无功功率Q，在dq旋转坐标系下，有功功率P和无功功率Q的表达式为

  结合有功功率和无功功率的参考值，可以推导出dq旋转坐标系下的电流参考值

  即得到功率外环的控制原理，将$i_{qref}$和$i_{dref}$作为电流内环的输入，分别与dq旋转坐标系下的电感电流$i_d$以及$i_q$相比较，经由PI控制器和电流解耦控制得到输出电压参考值并分别和$U_d$和$U_q$作差从而得到电压控制信号$U_{fd}$和$U_{fq}$，再经过坐标变换转换为abc坐标系下的参考值，最后通过SPWM调制得到变流器的驱动信号。