图4.21加入谐振控制的三重复合控制器的稳态输出波形图及其波形分析 表4-2加入谐振控制器时的稳态仿真结果 加入谐振控制器 输出电压稳态误差 空载 半载 满载
-0.15% 0.66% -0.15% 0.38% -0.15% 0.40%
输出电压THD
由以上数据可以看出，在半载和满载条件下加入谐振控制器前后系统输出电压的稳态误差和THD很小，所以加入谐振控制器在半载和满载条件下对系统的稳态影响几乎可以忽略。被控对象本身是个低阻尼的系统，在空载下阻尼系数最低，系统最不容易稳定，此时加入谐振控制器依然能够保证系统稳定，但是波形质量稍有下降，但是依然满足总体THD小于3%，单次谐波系数小于1%的要求。 2.不平衡负载仿真结果
加入谐振控制器的目的是为了提高控制器在二次分量处的增益，以提高系统抗不平衡负载扰动的能力，系统空载时突加单相空载，两相满载的不平衡负载时加入谐振控制器前后的仿真波形图如图4.26-4.27所示，可以看出改进前系统的调节时间为0.1s左右，改进后系统的调节时间降为0.06s，改进前动态过程中，输出电压有效值的最大值为405V,最小值为368V，改进后输出电压的有效值的最大值为395V,最小值为372V，变化范围明显变小，同时改进后系统在稳态条件下三相输出电压有效值相等。仿真结果符合加入谐振控制器能够有效提高系统抗不平衡负载扰动的分析。
图4.26改进前三相输出电压有效值波形图(空载突加不平衡负载)
图4.27改进后三相输出电压有效值波形图(空载突加不平衡负载) 4.5.2实验结果
为了验证加入谐振控制器的三重复合控制器确实提高其抗不平衡负载扰动的能力，对一台50kVA三相全桥结构的逆变器台架设计了其控制参数，并对比在相同不平衡负载下，加入二次谐振控制器的三重复合控制器和PI与重复并联复合控制器的输出电压。其实验结果如下：(由于受到示波器通道以及电压电流探头数量的限制，图上一次最多显示4个波形，无法同时观察输出电压与输出电流)
图4.28未加入谐振控制时带不平衡负载条件下三相电压 与单相电流输出波形(500V/格，50A/格)
图4.29加入谐振控制时带不平衡负载条件下三相电压 与单相电流输出波形(500V/格，50A/格) 表4-3带不平衡负载时的输出电压实验结果 输出 电压
A相 B相 C相
有效值 THD
有效值 THD
0.954% 380.3 1.23% 387.0
0.972% 1.22%
三相输出电压波形及其有效值
有效值 THD
未加谐振控制器 390.3 加入谐振控制器 388.1
0.959% 394.5 1.22% 390.2
由表4-6可以看出，在未加入谐振控制器时，系统输出电压不平衡，单相输出电压有效值的最大值与最小值之差为14.2V,折换成瞬时值即单相输出电压峰值最高与最低之差为20.1V。加入谐振控制器后，输出电压的不平衡度显著降低，单相输出电压有效值与最大值之差为2V,单相瞬时值峰值最高与最低之差为2.9V。加入谐振控制器之后，带同样大小的不平衡负载时，不平衡程度变为原来的1/5左右，输出电压的THD有所增大，但是增大的幅度不大，仍满足单次谐波不超过1%，总体THD不超过5%的要求。实验结果符合预期，证明了加入谐振控制器的三重复合控制器较PI与重复复合控制器有着更好的抗不平衡能力。 4.6本章小结
本章首先分析了逆变器输出电压不平衡时，通过dq变换后正序分量成为直流量，而负序分量却成为二次分量。而逆变器dq轴下，dq轴的给定量都为零，也就是二次分量的指令值为零。当控制器在二次分量处具有较大的增益时，能够更好的跟踪指令值，逆变器系统带不平衡负载的能力也会有相应的提高。在这个分析的基础之上，提出了在控制器的PI加重复经典复合控制方案的基础上加入二次谐振控制器以增加控制器在二次分量处的增益，提高其带不平衡负载的能力的控制方案。同时给出了其具体的设计过程并分析了由PI、重复控制、谐振控制三种控制方式复合控制时的稳定条件，并用设计后的参数进行了仿真实验验证。结果证明，加入谐振控制器后的系统相比于原来PI加重复复合控制系统在带不平衡负载时的对输出电压不平衡的能力有了较大的提高，同时对原有系统的稳态和动态性能的影响较小。
5总结与展望 5.1本文总结
本文围绕三相电压源型逆变器系统进行了理论分析，仿真与实验。主要做了以下工作： (1)对常用的两种电压源型逆变器的电路拓扑图进行对比并分析了其优缺点及其适用条件。在此基础上，给出了三相逆变器在三种坐标系下的数学模型，并指出在两相旋转坐标系下存在耦合，通过理论分析与仿真证明耦合主要影响逆变器输出的动态特性，对稳态特性影响很小，进一步给出了逆变器采用单双环方案时的解耦方法。
(2)分析了几种控制方式的各自优缺点，最后选择了带负载电流前馈的电容电压外环电感电流内环的双环控制策略，这种控制策略既可以实现限流的作用的同时保证了系统良好的动态特性。在此基础上设计了双环的PI的控制器，为了提高输出电压的波形质量，设计了放在外环的重复控制器。仿真和实验结果均表明，所设计的参数不仅使系统具有良好的动态特性，同时提高了输出波形的质量。
(3)提出针对本文研究的三相逆变器抗不平衡扰动的关键在于提高其二次分量处的增益，进
而提出对传统的PI加重复的复合控制方法进行改进，加入对应的二次谐振控制器以提高其抗不平衡负载的能力并推导了其稳定性条件。结合设计实例说明其设计过程，并通过仿真和实验证明了该方法在提高逆变器抗不平衡负载能力的有效性。 5.2未来工作展望
本文仅对三相逆变器独立控制时的波形控制与提高抗不平衡负载的能力的控制进行了研究，研究面不够宽，针对点也不够深入。可以在本文的研究基础上，对以下几个方面进行更深入的研究：
(1)本文所选用的控制器均是先在连续域下设计后对其离散得到的。但实际系统采用的是数字控制的方式，直接在离散域下进行设计，应该可以得到更好的控制效果。
(2)本文的研究内容均是针对单台逆变器，但在实际应用中由逆变器的容量、体积等限制，往往需要多台逆变器并联运行，或者需要逆变器并网，这些方面都值得更深入的研究。