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逆变器输出电压闭环控制

(2016-01-03 10:29:10)
        这个问题看似简单,但似乎很少能搞明白本质的。通常谈到电压闭环首先想到的是电压瞬时值外环控制+电抗器电流内环控制。由于双环控制是经典的控制算法,所以大家都认为这种方案是最优的。其实不然,双环控制要有一个基本概念,就是外环PI输出的值是不是内环真正需要的参考值。比如电压外环PI生成的参考值就是电感电流真正需要跟踪的值吗?我们首先要搞明白这个基本概念,当你搞明白之后就发现,这种双环控制根本不适合电压闭环控制。原因很简单,电压给定值减去反馈值后会是一个滞后给定值90度的正弦波,除非负载特性就是这样,否则这种闭环就失去了意义。
        这时就明白了为啥有些人提出电流内环使用滤波支路电容电流,就是因为这个电流正好与电抗电流存在90度偏差关系,所以带阻性负载电流内环使用滤波支路电流是合理的,但是滤波支路电流纹波太大,存在测量误差过大的问题。
        所以最常用的方法就是电压单环控制,不加电流内环,但通过上述分析可知,由于电流特性是由负载决定的,并且逆变器有滤波电抗,这就导致逆变器输出电压特性不一致,比如输出电流中含有高次谐波,这时基本上控不住的。
        对电压闭环研究比较深入的发现使用PID控制可以实现较好的控制,这个让很多人理解不了,其实理解了电压闭环的本质也就没什么了,因为PID中I是积分,D是微分,这样就可以调节控制输出的角度,以达到适应不同负荷的要求,因此自适应的PID控制确实能实现多种负荷的要求。
        但是对于非线性负荷,这种方法还是不行,尤其基于容性的非线性负荷存在两个问题:
        1)高次谐波电流在滤波电抗两端产生较大电压差
        2)容性非线性负荷在半个周波之内存在两个工作状态,即二极管不导通和导通两个状态,并且这两个状态在大功率负荷情况下相差太大,一般方法根本控不住。
        通过上述分析可知,我们现在研究逆变器控制总是习惯性的去使用各种经典控制算法,却不愿意静下心来分析其本质问题,所以总会把自己绕进去。

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