逆变器的控制方案

　　逆变器的控制方法主要有采用经典控制理论的控制策略和采用现代控制理论的控制策略两种。

　　一、经典控制理论的控制策略

　　1、电压均值反馈控制

　　他是给定一个电压均值，反馈采样输出电压的均值，两者相减得到一个误差，对误差进行PI调节，去控制输出。他是一个恒值调节系统，优点是输出可以达到无净差，缺点是快速性不好。

　　2、电压单闭环瞬时值反馈控制

　　电压单闭环瞬时值反馈控制采用的电压瞬时值给定，输出电压瞬时值反馈，对误差进行PI调节，去输出控制。他是一个随动调节系统，由于积分环节存在相位滞后，系统不可能达到无净差，所以这种控制方法的稳态误差比较大，但快速性比较好。

　　3、电压单闭环瞬时值和电压均值相结合的控制方法

　　由于电压瞬时值单闭环控制系统的稳态误差比较大，而电压均值反馈误差比较小，可以再PI控制的基础上再增设一个均值电压反馈，以提高系统的稳态误差。

　　4、电压电流双闭环瞬时控制

　　电压单闭环控制在抵抗负载扰动方面的缺点与直流电机的转速单闭环控制比较类似，具体表现在只有当负载(电流、转矩)扰动的影响*终在系统输出端(电压、转速)表现出来后，控制器才开始有反应，基于这一点，可以再电压外环基础上加一个电流内环，利用电流内环快速，及时的抗扰性来抑制负载波动的影响，同时由于电流内环对被控对象的改造作用，使得电压外环调节可以大大的简化。

　　二、现代控制理论的控制策略

　　1、多变量状态反馈控制

　　多变量状态反馈控制的优点在于可以大大改善系统的动态品质，因为它可以任意的配置系统的极点，但是建立逆变器的状态模型时很难将负载的动态特性考虑在内，所以，状态反馈只能针对空载或假定负载进行，对此应采用负载电流前馈补偿，预先进行鲁棒性分析，才能使系统有好的稳态和动态性能。

　　2、无差拍控制

　　无差拍控制的基本思想是将给定的正弦参考波形等间隔的划分成若干个周期，根据每个采样周期的起始值采用预测算法计算出在采样结束时负载应输出的值，通过合理计算这个值的大小使系统输出在采样周期结束时与参考波形完全重合，没有任何相位和幅值偏差。

　　3、滑模变结构控制

　　滑模变结构控制是一种非线性的控制方法。他的基本思想是利用某种不连续的开关控制策略来强迫系统的状态变量沿着某一设计好的滑模面运动。滑模变结构控制的优点是对系统参数变化和外部扰动不敏感，具有较强的鲁棒性。然而，对逆变电源系统来说，要确定一个理想的滑模面是很困难的。并且，在用数字式方法来实现这种控制方式时，开关频率必须足够高。

　　4、模糊控制

　　模糊控制属于智能控制的范畴，与传统的控制方式相比，智能控制*大的优点是不依赖于系统的数学模型，它是控制理论发展的**阶段，主要用来处理哪些对象不确定性，高度非线性的问题。

　　5、重复控制

　　重复控制是根据内膜原理，对指令和扰动信号均设了一个内膜，因此可以达到输出无净差，缺点是：动态响应比较慢，且需要比较大的内存。

　　正弦脉宽调制技术：

　　采样控制理论中有一个重要结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。PWM控制技术就是以该结论为理论基础，对半导体开关器件的导通和关断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可以改变输出频率。

　　如果把一个正弦半波分成N等分，然后把每一等份的正弦曲线与横轴包围的面积，用与它等面积的等高而不等宽的矩形脉冲代替，矩形脉冲的中点与正弦波每一等分的中点重合，根据冲量相等，效果相同的原理，这样的一系列的矩形脉冲与正弦半波是等效的，对于正弦波的负半周也可以用同样的方法得到PWM波形。像这样的脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形就是SPWM波。

　　SPWM 有两种控制方式，一种是单极式，一种双极式，两种控制方式调制方法相同，输出基本电压的大小和频率也都是通过改变正弦参考信号的幅值和频率而改变的，只是功率开关器件通断的情况不一样，采用单极式控制时，正弦波的半个周期内每相只有一个开关元器件开通或关断，而双极式控制时逆变器同一桥臂上下两个开关器件交替通断，处于互补工作方式，双极式比单极式调制输出的电流变化率较大，外界干扰较强。

　　单相桥式SPWM 逆变电源采用单极式倍频调制方式时的输出SPWM 波形如图6 所示，它是采用2个相位相反的而幅值相等的三角波与一正弦波相比较，可看成将三角载波进行全波整流(将虚线三角波沿X 轴往上翻),再由正弦波进行调制，得到了2 个二阶SPWM 波，使2 个二阶SPWM 波相减，就可得到三阶SPWM 波，即在调制波正半周，三阶SPWM 波主要由Ug1 和Ug3 相减得到，在调制波的负半周，三阶SPWM 波主要由Ug2 和Ug4 相减得到。

　　光伏阵列工作点跟踪控制：

　　光伏阵列工作点的控制主要有恒电压控制(CVT)和MPPT这2种方式。

　　CVT是通过将光伏阵列端电压稳定于某个值的方法, 确定系统功率点。其优点是控制简单, 系统稳定性好。但当温度变化较大时, CVT方式下的伏阵列工作点将偏离*大功率点。

　　MPPT是当前较广泛采用的光伏阵列功率点控制策略。它通过实时改变系统的工作状态, 跟踪阵列的*大工作点, 从而实现系统的*大功率输出。它是一种自主寻优方式, 动态性能较好,但稳定性不如CVT。其常用方法有“ 上山”法、干扰观察法、电导增量法等。

　　现在对MPPT的研究集中在简单、高稳定性的控制算法实现上, 如**梯度法、模糊逻辑控制法、神经元网络控制法等, 也都取得了较显著的跟踪控制效果。

　　逆变器对于孤岛效应的检测及控制：

　　逆变器直接并网时, 除了应具有基本的保护功能外, 还应具备防孤岛效应的特殊功能。从用电**与电能质量考虑, 孤岛效应是不允许出现的;孤岛发生时必须快速、准确地切除并网逆变器， 由此引出了对于孤岛效应进行检测的控制。

　　孤岛效应的检测一般分成被动式与主动式。被动式检测是利用电网监测状态如电压、频率、相位等作为判断电网是否故障的依据。如果电网中负载正好与逆变器输出匹配, 被动法将无法检测到孤岛的发生。主动检测法则是通过电力逆变器定时产生干扰信号, 以观察电网是否受到影响作为判断依据, 如脉冲电流注入法、输出功率变化检测法、主动频率偏移法和滑模频率偏移法等。它们在实际并网逆变器中都有所应用, 但也存在着各自的不足。当电压幅值和频率变化范围小于某一值时, 频率偏移法无法检测到孤岛效应, 即存在“ 检测盲区。输出功率变化检测法虽不存在“ 检测盲区” , 然而光伏并网系统受到光照强度等影响, 其光伏输出功率随时在波动, 对逆变器加入有功功率扰动, 将会降低光伏阵列和逆变系统的效率。为了解决这个问题, 光伏并网的有功和无功综合控制方法经常被提出来。

　　随着光伏并网发电系统进一步的广泛应用, 当多个逆变器同时并网时, 不同逆变器输出的变化非常大, 从而导致上述方法可能失效。因此, 研究多逆变器的并网通信、协同控制已成为其孤岛效应检测与控制的研究趋势。

　　锁相环控制技术：

　　在光伏并网发电系统中， 需要实时检测电网电压的相位和频率以控制并网逆变器， 使其输出电流与电网电压相位及频率保持同步，即同步锁相。

　　同步锁相是光伏并网系统的一项关键技术， 其控制**度直接影响到系统的并网运行性能。倘若锁相环电路不可靠， 在逆变器与电网并网工作切换中会产生逆变器与电网之间的环流，对设备造成冲击，缩短设备使用寿命，严重时还将损坏设备。

　　目前，对基于DSP 的数字锁相环的应用较多。