!!南京航空航天大学江苏南京210016!外特性是电压源逆变器的一个重要指标其属性取决于逆变器等效输出阻抗介绍了双闭环控制电压源逆变器的结构和工作原理利用其闭环传递函数求解出了逆变器等效输出阻抗的表达式分析了电压外环比例系数积分系数和电流内环等效放大倍数对逆变器外特性的影响分析结果表明电压外环积分系数是影响逆变器外特性的主要因素仿真和实验结果证明了理论分析的正确性!逆变器/外特性等效输出阻抗积分系数!TM461!A!1000-100X2004#03-0006-!2ResearchonOutputCharacteristicsofDoubleClose!LoopControlledVoltageSourceInverterCHENLiangiiangXIAOianYANYangguangNanjingUniuersityofAeronauticsandAstronautics,Nanjing210016,ChinaAbstract:Outputchalactelisticisoneofthemostimpoltantchalactelisticsofvoitagesoulceinveltelwhichisdetelminedbytheeguivaientoutputimpedanceoftheinveltel.Thispapelintloducesfilstiytheconfigulationandopelationplincipieofdoubiecioseioopcontloiiedvoitagesoulceinveltel,thendeducestheexplessionofeguivaientoutputimpedanceoftheinveltelthloughitscioseiooptlansfelfunction,andfinaiiyanaiyzestheimpactsoftheplopoltionaiandinteglaicoefficientsinvoitageleguiatolandeguivaientampiifyingcoefficientofcullentleguiatolontheinveltelsoutputchalactelistic.Anaiysislesuitsindicatedthattheinteglaicoefficientinvoitageleguiatolhasstlongiyimpactoninveltelsoutputchalactelistic.Simuiationandexpelimentailesuitsvelifythecollectnessoftheoleticanaiysis.ThiswolkissuppoltedbyAelonauticaiScienceFundofChina(No.01F52032)andNationaiNatulaiScienceFundofChina(No.50337030).Keywords:inveltel/outputchalactelistic;eguivaientoutputimpedance;integlaicoefficient1电压源逆变器的主要性能指标包括额定输入输出电压输出功率效率输出电压总谐波含量以及稳压精度等[1]根据要求[2]逆变器稳压精度应小于额定输出电压13%或15%为达到上述要求在设计逆变器时须考虑逆变器控制电路以及主电路参数选取对逆变器外特性的影响而逆变器的等效输出阻抗决定了逆变器的外特性此外对于电压源逆变器并联系统如果各模块外特性不一致即使各模块并联前输出电压相同并联带负载后也会有环流产生降低了并联系统的可靠性[3]因此有必要对逆变器外特性进行研究从而找到调节电压源逆变器外特性的方法文中首先介绍双闭环控制电压源逆变器的结构和工作原理通过其闭环传递函数求解逆变器的等效输出阻抗分析了逆变器控制电路主要参数如电压外环比例系数KP积分系数KI和电流内环的等效放大倍数Kg对逆变器外特性的影响最后用仿真和试验对理论分析进行了验证2图1示出双闭环控制电压源逆变器结构框图其工作原理是电流内环对输出滤波电感电流进行调节控制使之接近电流给定信号Ig从而提高系统的动态性能电压外环将基准正弦波Ulef与逆变器输出反馈电压Uf相比较产生的误差信号经比例积分运算后作为电流内环的给定Ig从而达到稳压的目的使系统具有优良的电气性能文献4的!No.01F52032No.503370302003-10-10!1975-!!!38320046PowelEiectlonicsVoi.38,No.3June!2004图1双闭环控制电压源逆变器结构框图!UOL/VK0.500.751.001.251.501.752.00KP/KP0219.21219.04218.93218.78218.73218.68218.62KI/KI0217.51218.42218.93219.12219.29219.36219.43Kg/Kg0218.00218.51218.93219.13219.29219.38219.47!%!%0.481!63.850.523!63.778.731.251.266!36.341.258!35.860.631.320.522!76.960.537!77.482.870.6813研究表明9当逆变器开关频率远大于其输出电压频率时9电流内环可等效为一个电流受控放大器9其放大倍数为Kg=ILf(S)/Ig(S)0这样整个系统就可以等效为一个线性系统0可求得系统的闭环传递函数为1!(S)=UO(S)UI(S)=KO0KgG1(S)S+KIK0+KO0K1fKgG1(S)(1)式中KO0=KPS+KPKIK0+KIK1f逆变器输出电压反馈系数Cf逆变器输出滤波电容设逆变器滤波电路为LC滤波9其空载和带线性负载R时的输出电压分别为UO(S)和UOL(S),逆变器输出电流为IO(S)9定义逆变器等效输出阻抗为Z=Ri+Xi,则有下式成立1UOL(S)=IO(S)R(2)UOL(S)=UO(S)IO(S)Z(3)解式(1)!式(3)可得逆变器等效输出阻抗和线性负载R时逆变器输出电压的表达式1Z=Ri+Xi=S+KIK0CfS2+(K1fKgKP+KIK0Cf)S+KO1(4)UOL=UO(1+Ri/R)2+(Xi/R)2(5)式中KO1=K1fKPKIK0Kg+K1fKgKI3双闭环控制电压源逆变器主电路参数为1Uin=360V直流9UO=220V/50Hz9Lf=1.84mH9Cf=40!F9PO=1.1kVA0逆变器控制电路中的电压电流误差调节电路如图2所示0控制电路各参数为1KP=R4/R29KI=1/(R2C1)9Kg=10R6/R7,K0=R2/R5,K1f=R2/R30设KP0=8.2269KI0=8064.59Kg0=2.4199逆变器空载输出电压UO=220V0逆变器阻性满载输出电压UOL随KP,KI和Kg的变化曲线如图3所示0由图3可见9随着KP的增大9逆变器稳压精度反而降低9外特性变软0用式(4),式(5)分析可知1虽然逆变器等效输出阻抗的模值随比例系数的增加而减小9但是由于等效输出阻抗角减小更多9使得等效输出阻抗中的Ri反而增大9由式(5)知此时逆变器的外特性反而变软0因此9增大逆变器的开环放大倍数并不一定能够提高逆变器的稳态电压精度0从图3也可看出9增大KI和Kg都可以提高逆变器的稳压精度9使逆变器的外特性变硬0相对而言9KI对逆变器稳压精度影响更大一些04Saber按照前述逆变器主电路和控制电路参数9利用电路仿真软件SabeI对所述双闭环控制电压源逆变器进行了建模和仿真0对应3组控制电路参数1KP=8.226,KI=8064.5;KP=8.226,KI=2016.1;#KP=1.774,KI=8064.59表1示出这3组控制参数下等效输出阻抗的理论分析和仿真结果0由表1可见9理论分析和仿真结果十分相近9说明分析是正确的0设逆变器UO=220V/50Hz9当KP,KI和Kg按K的变化规律改变时9测得逆变器UOL的变化规律如表2所示0分析表2的仿真数据发现9双闭环控制逆变器的UOL随K变化规律仿真数据与图3所示曲线十分一致9验证了关于双闭环控制逆变器外特性的理论分析是正确的0图2电压电流误差调节电路图3逆变器阻性满载输出电压随K变化曲线2UoL!#$图4定子电流波形图5定子磁链的轨迹以观测的量均通过DA通道送出0另外上位PC机通过串口通讯与控制芯片联系9发出各种控制命令0图4和图5分别是采用改进方法和传统方法所得的定子电流波形和定子磁链波形0为便于比较9两种波形都是在相同的工作点(设定转速20rad/s,负载2.2N.m时)下获得的0由图可见9在低速时9由于改进方法对定子电流进行了反馈9电流波形较好9同时定子磁链的轨迹较传统方法更接近圆形07采用定子电阻压降反馈和三点式转矩调节器9对传统的直接转矩控制进行了改进9从实验结果可以看出9采用改进方案能克服传统方法低速性能差的缺点0[1]Ludtke,JayneMG.ANewDirectTorgueControiStrategy[A].IEE,SavoyPiace,London[C].1995:1/1!5/4.[2]DepenbrockM.DirectSeifControi(DSC)ofInverterfedInductionMachine[J].IEEETrans.onPowerEiectronics,1992,3(4):420!429.[3]SchofieidJRG.VariabieSpeedDrivesusingInductionMotorsandDirectTorgueControi[A].ABBIndustriaiSystemsLtd.,IEE,SavoyPiaceLondon[C].1998:5/1!5/7.UoL1/VUoL2/VKP=8.266KI=8064.5218.9218.9KP=8.266KI=2016.1214.9214.7KP=1.774KI=8064.5219.4219.35为了验证对双闭环控制逆变器等效输出阻抗和外特性的理论分析9设计了一台基于输出电压和滤波电感电流瞬时反馈控制技术的双闭环控制电压源逆变器9其主电路和控制电路参数如前所述0当逆变器Uo为220V时9设UoL1为根据式(5)和表1计算得到的逆变器阻性满载输出电压9UoL2为试验得到的逆变器阻性满载输出电压0表3为3种控制电路参数下逆变器的UoL理论分析与实验结果0由表可见9理论分析与实验结果的误差比较小06逆变器外特性是逆变器的一个重要特征9其特性取决于逆变器的等效输出阻抗0通过双闭环控制电压源逆变器的闭环传递函数求解出其等效输出阻抗9分析了逆变器控制电路主要参数如KP9KI和Kg对逆变器外特性的影响0分析结果表明9在不影响系统稳定性的前提下9减小积分电容C19增大电压外环KI能够提高逆变器的稳压精度9使闭环系统外特性变硬0仿真和实验验证了理论分析的正确性0[1]AbdeiRahimNM,OuaicoeJE.AnaiysisandDesignofaMuitipieFeedbackLoopControiStrategyforSingiephaseVoitagesourceUPSInverters[J].IEEETrans.onPowerEiectronics.1996,11(4)532!541.[2]JB/T7620-94补偿式交流稳压器S.[3]AniiT,HuaJ9TomU9etal.ControiofParaiieiInvertersinDistributedACSystemswithConsiderationofLineImpedanceEffect[J].IEEETrans.onInds.Appi.,2000,36(1):131!138.[4]丁道宏.电力电子技术[M].北京:航空工业出版杜.1999.3!oL!7!!双闭环控制电压源逆变器外特性研究作者:陈良亮,肖岚,严仰