第４５卷第６期２０１１年６月电力电子技术ＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＶ０１．４５，Ｎｏ．６Ｊｕｎｅ２０１１带ＬＣ滤波的三相逆变器的比例谐振控制李永坚，黄绍平（湖南工程学院，电气信息学院，湖南湘潭４１１１０４）摘要：针对带ＬＣ输出滤波器的三相电压型逆变器，提出一种新的无电流传感器比例谐振（ＰＲ）控制策略，仅需检测输出滤波电容电压。

无需检测其电流。

相比于同步旋转坐标系的ＰＲ控制器，提出的ＰＲ控制器基于静止坐标系．无需进行复杂的坐标变换，减少了计算量，能对正序与负序电流进行统一调节。

仿真和实验结果表明，该控制策略具有良好的动静态性能，可实现正弦交流指令的零稳态误差控制，利用其谐振控制器的特性对特定次谐波进行补偿．在逆变器带平衡负载和不平衡非线性负载时都能适用。

关键词：逆变器；比例谐振控制；滤波中图分类号：ＴＭ４６４文献标识码：Ａ文章编号：１０００一ｌＯＯＸ（２０１１）０６—００７６—０３Ｐｒｏｐｏｒｔｉｎａｌ．ｒｅｓｏｎａｎｔＣｏｎｔｒｏｌｆｏｒＴｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅＩｎｖｅｒｔｅｒｗｉｔｈＬＣＦｉｌｔｅｒｓＬＩＹｏｎｇ－ｊｉａｎ，ＨＵＡＮＧＳｈａｏ・ｐｉｎｇ（ＨｕｎａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉａｎｇｔａｎ４１１１０４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎｏｖｅｌｃｕｒｒｅｎｔｓｅｎｓｏｒ］ｅｓｓｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ・ｒｅｓｏｎａｎｔ（ＰＲ）ｃｏｎｔｒｏｌｓｃｈｅｍｅｆｏｒｔｈｒｅｅ・ｐｈａｓｅｉｎｖｅｒｔｅｒｗｉｔｈＬＣｏｕｔ—ｐｕｔｆｉｌｔｅｒｓｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｃｏｎｔｒｏｌｓｃｈｅｍｅｗｉｔｈｕｓｅｏｆｃｕｒｒｅｎｔｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓｏｎｌｙｒｅｑｕｉｅｓｖｏｌｔａｇｅｍｅａｓｕｒｅｄａｃｒｏｓｓｃａｐａｃｉｔｙｉｎｓｔｅａｄｏｆｃｕｒｒｅｎｔｍｅａｓｕｒｅｄ．ＣｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈＰＲｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｉｎｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｆｒａｍｅ，ｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄＰＲｃｏｎ—ｔｒｏｌｌｅｒｉｓｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄｉｎｓｔａｔｉｏｎａｒｙｆｒａｍｅｗｉｔｈｏｕｔｃｏｍｐｌｅｘｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｒａｍｅｔｒａｎｓｆｏｒｍｓ，ｉｔｉｓａｂｌｅｔｏａｄｊｕｓｔｐｏｓｉｔｉｖｅａｎｄｎｅｇａｔｉｖｅｓｅｑｕｅｎｃｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｏｆｔｈｅｏｕｔｐｕｔｃｕｒｒｅｎｔｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｃｈｅｍｅｈａｓｇｏｏｄｄｙｎａｍｉｃａｎｄｓｔａｔｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ，ｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｓｃｈｅｍｅｃａｒｌａｃｈｉｅｖｅｚｅｒｏｓｔｅａｄｙ—ｓｔａｔｅｅｒｒｏｒｆｏｒｓｉｎｕｓｏｉｄａｌｒｅｆｅｒｅｎｃｅｃｏｍｍａｎｄ，ｓｐｅｃｉｆｉｃｈａｒｍｏｎｉｃｓｃａｎｂｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄｂｙｕｓｅｏｆｔｈｅｒｅｓｏｎａｎｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｉｎｖｅｒｔｅｒｃａｎｏｐｅｒａｔｅｗｅｌｌｉｎｂｌａｎｃｅｌｏａｄｓｏｒｎｏｎｌｉｎｅａｒｕｎｂａｌａｎｃｅｌｏａｄｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｎｖｅｒｔｅｒ；ｐｒｏｐｏｒｔｉｎａｌ—ｒｅｓｏｎａｎｔｃｏｎｔｒｏｌ；ｔｉｌｔｉｎｇＦｏｕｎｄａｔｉｏｎＰｒｏｊｅｃｔ：ＳｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＰｌａｎｎｉｎｇＦｕｎｄｏｆＨｕｎａｎＰｒｏｖｉｎｃｅ（Ｎｏ．２０１０ＧＫ３１００）；ＣｏｌｌｅｇｅｓａｎｄＵｎｉｖｅｒｓｉｔｉｅｓＯｐｅｎＩｎｎｏｖａｔｉｏｎＰｌａｔｆｏｒｍＦｕｎｄｏｆＨｕｎａｎＰｒｏｖｉｎｃｅ（Ｎｏ．２００９Ｋ１００）１引言逆变器按输出波形可分为正弦波逆变器与方波逆变器．前者在实际中应用较多。

正弦波逆变器的主要控制目标是：追踪一纯正弦输出电压，即使在非线性或不平衡负载时。

仍能提供不含谐波分量的正弦输出电压【１１。

逆变器的传统控制方法主要有基于电网电压矢量定向的ＰＩ控制和滞环控制等【２。

】。

但都难以满足逆变器的稳态误差和输出谐波含量的要求。

另外，为了减小整个装置的重量、大小、造价，增加控制带宽．往往在这类逆变装置中引入了ＬＣ或ＬＣＬ输出滤波器，而输出滤波器存在谐振峰值，将基金项目：湖南省２０１０年科技计划项目（２０１０ＧＫ３１００）；湖南省２００９年高校创新平台开放基金项目（２００９Ｋ１００）定稿日期：２０１１—０４—１８作者简介：李永坚（１９７１一），男，湖南双峰人，硕士，副教授，研究方向为电力电子与电力传动、电力系统自动化。

７６使系统不稳定。

为了解决上述问题，在此针对带输出ＬＣ滤波器的电压型逆变器的控制，提出了一种新的无电流传感器ＰＲ控制策略。

它能实现正弦交流指令的零稳态误差控制。

并利用其谐振控制器对特定谐波进行补偿，对平衡负载与非平衡负载均具有很好的适应性。

２带ＬＣ滤波的三相逆变系统图ｌ示出带ＬＣ输出滤波的三相电压型逆变系统。

为便于分析。

假定三相输出电压不带中线，且逆变器开关频率远高于电网频率，这有利于将输出变量解耦为两个独立的控制变量。

需要测量的信号仅有直流侧电压及２个输出相电压，因此无需电容电流传感器。

Ｌ．Ｊ咯邕当。

ｌｔＩ耋呈ｆ％。

｛ｒｌ图１带ＬＣ滤波的三相逆变系统带ＬＣ滤波的三相逆变器的比例谐振控制３提出的控制策略３．１ＰＲ控制器ＰＲ控制器最先用于有源滤波器及谐波补偿控制．而后逐渐用于单相及三相电流的控制【４－ｓ１。

ＰＲ控制器在同步ｄ，ｑ坐标系中以直流ＰＲ调节器的形式出现，而在静止ａ，口坐标系中以交流ＰＲ调节器的形式出现。

但同步旋转坐标系中的谐波补偿控制中需用到多个谐波补偿器。

需对各次谐波进行坐标变换的计算工作量大。

同时也必须推导出各次谐波精确的同步参考信号。

另外在同步旋转坐标系中．这种直流ＰＲ控制器仅能补偿正序谐波，而不能补偿负序谐波。

因此这里提出了基于静止坐标系的ＰＲ控制器。

在同步坐标系的基础上，容易得到静止坐标系交流ＰＲ控制器。

其坐标变换的条件是：得到同步旋转的角速度。

静止坐标系中，交流ＰＲ控制器可以表示为：为了从输出电压中估算谐波。

相比于检测的输出电压谐波。

控制时必须开始就从逆变器侧提前９００注入谐波。

对谐波电压注入采用电容滤波电流控制，因输出电压与电容电流成正比，故使用无传感器电容电流控制策略取代直接检测电容电流，即只检测输出电容电压。

由式（３）可知，由参考电压值‰，Ｈ礤可很容易地得到电容电流参考值ｉｃＩ出，ｉｃ＿螂：吲＿［＝ｋ（甜［＝］‰３．３离散化实现（３）为了便于数字系统中的离散化实现。

可将ＰＲ控制器中的积分项分解为两个简单的积分环节，如图３所示。

巩（ｓ）＝Ｋｉ．ｓｃｏｓＴ：－．ｗ２ｓｍＴ一（１）图３ＰＲ控制器的积分项分解为２个积分环节Ｓ‘＋吐广式中：∞为谐振频率；ｙ为超前角；Ｋｉ为积分系数。

分别按００与一９０。

重写式（１），并考虑比例系数Ｋ。

，则可得：％（ｓ）磷＋等，‰（ｓ）珥＋器（２）分析可知式（２）在∞处的幅频特性均趋于无穷大．均可以实现零稳态误差和利用控制器在∞处的谐振特性有效补偿特定次谐波，通常实际中只需补偿３，５，７次几个有限的谐波。

３．２提出的控制策略提出的控制策略如图２所示。

控制系统采用双闭环结构．图中电压环ＰＲ控制器的比例增益为Ｋ，，积分增益为繇，电流环比例增益为Ｋ，积分增益为鼠，系数ｍ＝ｃｏｓＴ，ｂｋ＝ｓｉｎｙ，可根据需要补偿的谐波阶次基于各自的超前角ｙ预先计算出来。

由ＰＲ控制器对正、负序电流实行统一调节，无需引入任何电流正、负序分解环节，也无需进行复杂的坐标变换｛６】。

酣崮ｉ…滤波掣Ｉ；劂………Ｉ嘻堰副曰图２提出的控制系统框图＿ｙ为避免实现过程中出现代数环．积分器必须使用不同方法进行离散化．第１个积分器使用前向法离散，第２个积分器使用后向法离散。

式（４）的前３式包含了ＰＲ控制器的实现。

Ｖｋ＝Ｗ＆一ｌ＋ＺＸｉＩＬｋ＿１－－Ｔ．ｗＩ—ｌＯＪ２Ｗｋ－－－－－－Ｗｋ＿ｌ＋ｒｓＶｋ（４）ｙｋ＝ｕＪ（。

ｐ＋ｃｏｓＴｖｋ—ｓｉｎＴｗｋ—ｕｋ—１２‰，巩一ｌ＂－Ｖｋ，Ｗｋ＿｜－２．Ｗｋ式中：￡为采样时间；Ｋ。

为比例增益；Ｋ为ＰＲ控制器增益；‰，扎分别为第ｋ步的离散输入和离散输出。

实际控制中．只需设置∞为基波频率∞。

即可，根据谐波补偿（３次、５次、７次等）的需要来设定其谐振频率（３∞。

，５ｔｏ。

，７ｗ。

等）。

出于保护目的，仅允许注入特定幅值的谐波，且特定谐波电压的幅值和不应超出直流侧电压值．当达到指定输出值时，积分作用就必须停止。

４仿真与实验结果４．１仿真结果对提出的控制方法用ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ软件进行仿真。

ＬＣ滤波器参数为：Ｌ＝０．７５ｍＨ，Ｃ＝５０ｗＦ，直流侧电压为９００Ｖ，开关频率为１０ｋＨｚ，输出线电压参考值为３８０Ｖ／５０Ｈｚ。

被补偿的谐波为３次、５次、７次等奇次谐波。

为了验证控制策略对不平衡非线性负载的适应性．仿真时采用图４所示的不对称负载作为不平衡非线性负载使用。

带LC滤波的三相逆变器的比例谐振控制作者：李永坚， 黄绍平， LI Yong-jian， HUANG Shao-ping作者单位：湖南工程学院,电气信息学院,湖南湘潭411104刊名：电力电子技术英文刊名：POWER ELECTRONICS年，卷(期)：2011,45(6)本文链接：/Periodical_dldzjs201106028.aspx。