基本介紹
- 中文名：多環反饋控制
- 外文名：Multiple loop feedback control
- 分類：電力
電網中電源逆變器數字多環反饋控制方法,分散式電源逆變器多環反饋控制方法,電流控制環與電壓控制環,功率控制器,諧振控制器的CVCF逆變器多環反饋控制方法,CVCF 逆變器和多環反饋控制,含有諧振控制器的多環反饋控制,
電網中電源逆變器數字多環反饋控制方法
逆變器是微電網運行與控制的重要基礎，基於逆變器的離散數學模型提出了一種微電網中分散式電源逆變器的數字多環反饋控制方法。電流控制內環採用無差拍控制實現兩個採樣周期內對參考值的快速跟蹤。中間的電壓控制環在同步旋轉坐標系下實現電壓幅值和頻率的解耦控制，並採用重複控制方法抑制周期性的擾動，能夠有效地抑制微電網中不平衡和非線性負荷引起的負序和諧波干擾。外圍的功率控制器通過模擬下垂特性實現與微電網中其他分散式電源逆變器之間的協調。還對各個控制環節的閉環穩定性進行分析和參數設計，並通過仿真實驗證明了方法的有效性。
分散式電源逆變器多環反饋控制方法
在提出的分散式電源逆變器多環反饋控制方法中，電流控制內環實現參考值的快速跟蹤；中間的電壓控制環負責控制逆變器輸出的電壓幅值和頻率；功率控制器採用下垂控制方式確定逆變器輸出電壓和頻率的參考值。
電流控制環與電壓控制環
電流控制環是多環反饋控制方法中的最內環，電流控制環的輸出直接通過SPWM方法控制逆變器交流側電流的d軸和q軸分量。從主電路可以看出，逆變器交流側電流i、電壓u和分散式發電單元輸出電壓us之間滿足關係。
電壓控制環在多環反饋控制方法中處於中間位置，在電流控制環基礎上實現對分散式發電單元輸出電壓和頻率的控制。藉助數字PLL實現這一過程，假設分散式發電單元輸出電壓是三相對稱的，幅值和相角分別為U和θ，PLL輸出相角為θp ，則根據派克變換公式，可以得到分散式發電單元輸出電壓的d軸分量和q軸分量為：當Δθ=0 時，usd=U，usq=0。可以通過控制usq=0來實現數字PLL輸出相角對分散式發電單元輸出電壓相角的跟蹤，還可以通過控制usd來控制輸出電壓的幅值。使用頻率誤差信號ω*(k)－ω(k)確定usq*(k) ，當誤差信號為0時，usq*=0，保持輸出頻率不變；當頻率與參考值之間存在偏差時，usq*為一個較小的非零值，可以使輸出頻率跟蹤參考值的變化。
功率控制器
在多環反饋控制方法中，功率控制器通過模擬下垂特性實現多個分散式電源之間的協調，能夠通過下垂係數的設定自動實現負荷在多個分散式電源之間的分配。
為了避免非線性和不平衡負荷對功率測量的影響，選擇文獻中基於低通濾波的功率測量方法。由功率控制器原理，下垂特性可以表示為式中： P(k)和Q(k)分別是逆變器發出的有功功率和無功功率，f*(k)和usd*(k)表示逆變器的頻率和電壓，fn和 U0分別是其額定值。
諧振控制器的CVCF逆變器多環反饋控制方法
多環反饋控制方法動態性能優越，設計過程簡單且易於實現，控制器設計過程不依賴於精確的逆變器參數。傳統多環反饋控制在環路中使用的是PID控制器，系統在穩態精度方面存在缺陷。提出了一種含有諧振控制器的多環反饋控制方法，它可以有效提高穩態精度，與傳統的多環反饋控制一樣，易於設計和實現。
CVCF 逆變器和多環反饋控制
H橋逆變器的輸出經LC濾波器濾波得到恆壓恆頻的輸出電壓提供給負載。為了保證在不同負載條件下得到恆定的輸出，必須採取一定的閉環控制方法。
多環反饋控制一般包括一個電流內環和一個電壓外環，電流內環的給定由電壓外環決定。根據電流內環反饋量的不同可將多環反饋控制分為電感電流控制模式和電容電流控制模式。
電感電流控制模式和電容電流控制模式多環反饋控制結構中虛線框內的是CVCF逆變器模型，L代表濾波器電感，C代表濾波器電容，Rf為濾波器電感等效串聯電阻。
由電感電流控制模式和電容電流控制模式可得兩種電流控制模式下輸出電壓傳遞函式式。對應電感電流控制模式，對應電容電流控制模式中Gv(s)為電壓環控制器傳遞函式，Gi(s)為電流環控制器傳遞函式，Gv(s)和Gi(s)可為比例或 比例積分調節器。對應電感電流控制模式，對應電容電流控制模式都包括兩個部分，第一部分與給定有關，第二部分只在與負載電流有關，第一部分分子分母中都含有Gv(s)Gi(s)，第二部分只在分母中含有Gv(s)Gi(s)。為了使輸出電壓精確跟蹤給定，應使電感電流控制模式和電容電流控制模式中第一部分儘量接近Vref(s)而第二部分儘量接近0。為達到這個目的，應該儘量增大Gv(s)、Gi(s)。另外，比較電感電流控制模式和電容電流控制模式可以發現，當各參數都相同的情況下，電容電流控制模式負載電流對輸出的影響更小，也就是說，電容電流控制模式能獲得更好的效果。因此，多環反饋控制採用的是電容電流控制模式。
傳統多環反饋控制器電流環和電壓環控制器都是使用PID控制器，出於系統穩定性的考慮，PID控制器的增益有限，因此系統穩態精度往往不夠高。
含有諧振控制器的多環反饋控制
將諧振控制器引入到多環反饋控制中能有效解決系統穩態精度的問題。
含有諧振控制器的多環反饋控制中電壓環控制器採用的是比例+諧振控制器，電流環為一個簡單的比例環節，此時當電壓環控制器中的諧振控制器是諧振控制器時，它在基波頻率處增益無限大，對應電容電流控制模式中第一部分等於Vref(s)，而第二部分為0。由於諧振控制器無法實現，使用的是改進型諧振控制器。改進型諧振控制器雖然不能在基波頻率處獲得無限大增益，但仍然可以獲得足夠大的增益使對應電容電流控制模式中的第一部分約等於Vref(s)，而第二部分為約等於0。這樣使得系統穩態精度得到了很大改善。
