物物种生存的巨大威胁，国际社会也已经围绕全球变暖问题达成各种协议，而这些协议同样会给能源的发展使用带来强大的制约。
人类社会对能源的依赖达到了空前的高度，而不可再生的化石能源又在以惊人的速度被消耗，开采利用受到环境因素、气候保护法规的制约，这就使得能源安全问题成为全球关注的热点。石油、天然气等化石燃料主要产自中东、俄罗斯等一些国家，一些资源匮乏的发展中国家为了满足自身发展的需要必须依赖进口能源[3]，国家经济社会的稳定发展必须以能源稳定持续供应为保障。但全球拥有这些能源资源的区域往往各方势力盘根错节，局势动荡不稳，这就大大增加了能源供应中断的可能性。
在这种形势下，想要摆脱能源安全困局[3]，就必须大力开发新能源，同时在开发传统能源时提高其开发质量，效率，同时兼顾环境因素。优化能源结构，使能源种类多样化，同时降低化石燃料的使用率，发展清洁能源，以实现能源的低碳化。根据《中国电力与能源》[4]，由于我国人口众多，又处于经济社会高速发展的时期，所以能源需求巨大，尽管像天然气、水电、核电等能源开发潜力很大，但难以支撑需求。目前我国主要受制于技术和成本问题，难以对这些可再生能源加以高效合理的利用。
要实现对风能、太阳能、生物质能等新能源[5]和清洁能源的大量利用，就必须依靠各种转换装置将其转换成电能，再通过各种形式的电力变换器得到的电能转换成人们需要的符合频率幅值等条件的电源，以满足人们正常的生活、生产的需要。在这些电力变换器[6-8]中，应用最广泛最重要的莫过于PWM逆变器，它不仅在新能源领域得到了广泛的应用，在交通运输、银行、医疗、工农业生产、军工国防、照明、通讯等领域的应用颇多[7-8]。逆变器是将直流电源转换成给定频率、给定幅值满足一定波形质量要求的交流电的电力变换装置，对于用电设备来说，提供的电源越是能满足其运行要求，用电设备产生的经济效益越大，安全稳定运行的时间越长。随着用电设备的不断升级，其对电源的要求也就越高，逆变器除了要能
够在实现正常情况下输出满足频率、幅值、波形质量要求的输出电压之外，还应该具有带一些特定负载如不平衡负载、整流型负载等负载的能力。鉴于此，有必要对逆变器进行深入的分析。
1.2逆变器波形控制技术发展现状
早期的逆变器采用的是模拟控制器，即控制器是由运放、电阻、电容等原件组成的，这就会存在一系列的问题，如由于工艺的原因元件的实际电容值和电阻值与设计值存在差别，元件在使用过程中存在发热的状况，温度的升高可能使原件的参数发生偏移，使控制效果受到影响，甚至导致系统的不稳定。此外，控制器必须重新更换来实现其算法升级。
在DSP等数字控制芯片和IGBT、IGGT等全控器件出现后，数字控制以其不受温度影响、算法更新方便，可以实现复杂算法等一些传统模拟控制器不具备的优点迅速成为逆变器的主流控制方式。但是数字控制器的控制量必须在计算后输出，而计算需要一定的时间，这也就导致控制量的输出并不是实时的，而是存在一系列的延时。同时，数字控制的算法实现是通过计算机来实现的，而在计算机中数据是以二进制存储的，所以长度是有限的，那么必然会对数据进行舍入或者截尾以保证数据的字长符合可以被储存的条件，当控制器或者闭环系统的极点接近单位圆时，量化误差就可能引起控制器或者系统的死区和极限环[9]。尽管数字控制存在着这些问题，但相对于模拟控制器它更能适用于现在的控制对象，已经成为一个控制领域热门的发展趋势。本文的研究中的仿真模型、实验台架也全部都采用数字信号进行控制。
常见的逆变器数字控制方法简要对比介绍如下： (1)PID控制
PID控制[10]即控制器由比例、积分、和差分项组成，比例系数与系统的动态特性与稳定性密切相关，积分项可以减少系统的稳态误差。微分项可以改善系统的动态性能。对于单相逆
变器采用PID控制器，由于指令值是正弦波会存在一定的稳态误差，三相逆变器采用在dq轴下控制时，指令值是直流量，不存在稳态误差。PID控制的缺点是对于谐波的抑制能力不强，不能够很好的提高输出电压的波形质量。 (2)无差拍控制
采用数字控制的系统中控制量、扰动量、状态分量、输出量通过状态方程联系在一起。无差拍控制[11]是通过求出满足使输出量和指令值相等时的状态方程的解来实现的。逆变器的状态变量一般为电感电流和输出电压，而无差拍控制的控制量是通过状态变量和下一拍的指令值得到的，所以当输出电压在扰动的作用下发生突变时，指令值可以迅速改变，所以这种控制方式具有良好的动态性能。但是当控制系统发生变化时，原来的状态方程会对应发生改变，所以控制系统的鲁棒性和可靠性不高。 (3)滞环控制
滞环控制[12]的原理非常的简单，当输出量大于指令值超出一定范围时，使开关管以降低输出量的方式开断，当输出量小于指令值超出一定范围时，使开关管以增加输出量的方式开断。通过这种调节，可以使输出量保持在指令值周围一定范围内变化。范围设定值与系统对指令的跟踪能力和开关管的频率成负相关。这种控制方式原理简单，操作简便。但在这种情况下开关频率不固定，对于输出滤波器截止频率的设计的难度增加。 (4)重复控制
重复控制[13]的基本思想来源于内模原理，内模原理就是控制器中含有外部输入信号的动力学模型时控制器会具有优良的指令跟踪能力和良好的抗干扰能力。对于逆变器控制而言，在非旋转坐标系下的指令值和大多数扰动量都是正弦分量，其动力学模型其实就是与输入量同频率的正弦信号模型。当控制器中含有对应频率的正弦信号模型时实现对正弦信号的积分作用从而消除稳态误差。但是这些扰动量的频谱分布广泛，但大多集中在谐波频率处。如果在
控制器中对所有的外部信号都构造其动力学模型，实现起来复杂，可操作性也不强。然而这类信号的共同特点就是以周期的形式出现，重复控制器正是根据这些信号的共同特点来设计的，通过对每个周期的误差进行积分，即使在误差为零时，由于累积的作用，系统仍然能够产生有效的输出。
但是重复控制器也存在一些缺点比如其控制量来源于对误差的逐周期的积分，所以对于负载突变等情况时，重复控制的输出的控制量不能够突变，这种情况下系统的动态性能会受到影响。此外，重复控制器不能够单独增大某一频率处的增益，可以通过提高滤波器的截止频率或者增大比例项来进行调节，但这样做很容易导致系统的不稳定。 (5)谐振控制
谐振控制器[14]在谐振频率处增益大，其他频率处增益接近零的特点使其对交流分量有很好的跟踪效果。针对逆变器的谐波问题可以采用多个谐振控制器并联的控制方式，但是当多个谐振控制器同时使用时，各个谐振控制器之间会存在相互影响的问题，并且涉及的参数较多，很难确定最佳的参数组合。
综上可以看出，每种控制器的基本思想不同，所以他们对系统性能改善的针对点也不一样。所以在工程实践中应根据逆变器实际使用时特定的要求来选择合适的控制方法。如果采用两种或多种控制方法进行复合控制，以发挥不同的控制方法的优点，同时避免其缺点，则可以很好的提高逆变器的性能。 1.3本文主要研究内容
本课题来自于某工频逆变器研制项目，本文的研究内容以该项目台架为基础展开，下面是对本文研究内容的总结：
(1)简单介绍了三相电压源型逆变器的两种常用拓扑图并分析了其优点与缺点及适用条件，在此基础上推导了控制对象在abc、αβ、dq坐标系下数学模型。通过理论分析与仿真验证
说明了dq轴分量的耦合耦合主要影响逆变器输出的动态特性，对稳态特性影响小，并给出了单环与双环条件下的解耦方法。
(2)针对逆变器双环控制时，首先从表达式和物理意义上分析了内环反馈量分别为电感电流和电容电流时各自的优缺点，在抗负载电流扰动和动态性能方面电容电流作为内环反馈量都优于电感电流作为内环反馈量，但是电感电流作为内环反馈量时可以实现限流的功能，通过在控制器中加入负载电流反馈可以弥补电感电流作为反馈量的不足，同时实现限流的功能，有利于逆变器的稳定运行。针对单独采用PI控制器的双环其谐波抑制能力不强的问题，本文中尝试外环控制器中加入重复控制器以增强其谐波抑制能力，提高输出电压的波形质量，最后仿真和实验结果都证明了该设计方案的可行性与正确性。
(3)针对逆变器带不平衡负载时输出电压不平衡问题，根据输出电压不平衡时负序分量经过dq变换后得到是二次分量，提出在原有的PI与重复并联复合控制器中加入二次谐振控制器以提高逆变器抗不平衡负载扰动能力的控制方法。本文中给出了其稳定性条件，并结合实例给出其参数设计过程，并通过仿真验证了加入谐振控制器后的复合控制器不会影响原控制器的稳态和动态性能，能够有效改善系统带不平衡负载时输出电压的平衡情况。