單相UPS逆變器的多環(huán)控制策略研究
摘要:在單相不間斷電源(UPS)控制系統(tǒng)中,UPS的被控量是交流量,常用的控制算法很難對(duì)交流量實(shí)現(xiàn)無(wú)差控制,因此提出了一種多環(huán)控制策略,以提高單相UPS逆變器的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性。采用比例諧振調(diào)節(jié)器控制逆變器的輸出電壓,極大地提高了系統(tǒng)的靜態(tài)特性;采用適當(dāng)?shù)那梆佖?fù)載電流和負(fù)載電壓,有效地改善了單相UPS逆變器的動(dòng)態(tài)特性。建立了單相UPS逆變器的數(shù)學(xué)模型,并給出了比例調(diào)節(jié)器和比例諧振調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)方法。理論分析和一臺(tái)800 W逆變器樣機(jī)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了該控制方案的可行性。
關(guān)鍵詞:逆變器;不間斷電源;比例諧振;多環(huán)控制
1 引言
UPS主要由蓄電池、充放電電路、逆變電路和控制系統(tǒng)等幾部分組成,其中逆變電路及其控制系統(tǒng)是UPS電源的核心部分。單相UPS逆變器的被控量是50 Hz的交流量,而PI調(diào)節(jié)器不能對(duì)交流量實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差調(diào)節(jié),要減小穩(wěn)態(tài)誤差,必須提高比例增益,但過(guò)高的比例增益,會(huì)降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性,因此PI控制算法不適合控制交流量。根據(jù)內(nèi)模原理,要實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差控制,控制環(huán)前向通道上必須含有外部輸入量的動(dòng)態(tài)模型。重復(fù)控制算法能根據(jù)被控對(duì)象,在控制環(huán)的前向通道上形成被控對(duì)象的內(nèi)模,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)交流量的無(wú)靜差控制。采用重復(fù)控制策略控制單相正弦波逆變器能得到較滿意的性能,但算法較復(fù)雜,實(shí)現(xiàn)也較困難。單相逆變器的多環(huán)控制策略與雙環(huán)控制策略相比,逆變器輸出電壓的波形有所改善,但仍存在靜態(tài)誤差。文獻(xiàn)研究了單相逆變器的比例諧振控制算法,但沒(méi)有考慮負(fù)載變化對(duì)系統(tǒng)的影響。針對(duì)以上問(wèn)題,這里提出了基于比例諧振控制的多環(huán)控制策略。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,與其他單相逆變器的控制策略相比,該控制方案是一種理想的控制方案。
2 單相UPS逆變器工作原理及數(shù)學(xué)模型
所研究的單相UPS逆變器采用單相全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),如圖1所示。
圖中負(fù)載可為線性負(fù)載或非線性負(fù)載。對(duì)單相逆變器的4個(gè)IGBT開(kāi)關(guān)VS1~VS4進(jìn)行調(diào)制,將直流電壓Udc調(diào)制成PWM脈沖電壓,通過(guò)LC濾波器濾除高頻諧波,在輸出端得到幅值和頻率都可調(diào)的正弦波電壓。設(shè)m為調(diào)制度,根據(jù)電路定律,單相逆變器的數(shù)學(xué)模型為:
評(píng)論