中北大学2013届本科毕业论文
式中，Uab为逆变桥输出电压，Ugrid为电网电压，iL为并网电流，L为滤波电感值，RL为电感的串联等效电阻。
将式（5.6）写成复频域形式，有
iL(s)?1 (Uab(s)?Ugrid(s))?G3(s)(Uab(s)?Ugrid(s)) （5.7）
Ls?RL其中，G3(s)?1 （5.8）
Ls?RL即为滤波器传递函数。
本文采用电流瞬时值反馈与三角波比较控制，在三角波比较控制中，PI控制器应用最为广泛，其传递函数为：
GPI(s)?Kp?Ki （5.9） s式中，Kp和Ki分别是PI控制器的比例系数和积分系数。
本文设计的逆变器开关频率取10kHz，远远大于电网频率，如果忽略开关管的延时及死区时间的影响，将逆变桥等效为一个小惯性环节，传递函数为：
G2(s)?KPWM （5.10）
TPWMs?1式中，TPWM是一个开关周期，KPWM为逆变器增益，与PI调节器的最大限幅值有关，此时的并网电流控制结构框图如图5.7所示。
*iL + - Ugrid Kp?- Ki s KPWM TPWMs?1Uab+ 1 Ls?RLiL PI控制器 逆变桥 滤波器 图5.7 并网电流PI控制结构框图
5.2.4 PI控制器参数设计
为获得理想的动态稳定性，并实现系统的快速响应，将控制系统设计成一个二阶系统，采用工程上常用的―二阶最佳‖法对PI参数进行设计。
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由图5.7可得，控制系统的开环传递函数为：
KpG0(s)?(Kp?s?1?1RLKiKPWMK1)???issTPWMs?1Ls?RLKiKPWM （5.11） ?LTPWMs?1s?1RL为了使PI调节器抵消并网逆变器系统中较大的时间常数
KpKiL，令 RL?L （5.12） RL此时系统开环传递函数为
KPWMKiRLG0(s)? （5.13）
s(TPWMs?1)显然系统属于典型的I型系统。
典型的I型系统开环传递函数的一般形式为
G0(s)?K （5.14）
s(Ts?1)按照―二阶最佳‖法设计，即令式（5.14）中KT=0.5。 对比式（5.13），得
KPWMKiTPWM?0.5 （5.15） RL所以，有
Ki?0.5RL （5.16）
KPWMTPWM代入式（5.12），有
Kp?0.5L （5.17）
KPWMTPWM上面介绍了PI控制器参数设计的工程设计方法，该方法建立在逆变器传递函数已知的基础上，式（5.10）给出的逆变器传递函数只是一种经验模型，和实际还是有误差的，所以得到的P，I参数只是理论指导值，实际测试过程中要作适当的
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调整。
6 基于SPWM的并网系统MATLAB/Simulink仿真
6.1 MATLAB简介
MATLAB是由美国Mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。
在一些实际应用中，如果系统的结构过于复杂，不适合用分析和编程的方法建模。在这种情况下，功能完善的Simulink程序可以用来方便地建立系统的数学模型。Simulink是由Mathworks软件公司1990年为MATLAB提供的新的控制系统结构图编程与系统仿真的专用软件工具。它有两个显著的功能：Simu（仿真）与Link（连接）。在该仿真环境下，用户程序其外观就是控制系统结构图，亦即建模过程可通过鼠标在模型窗口上―画‖出所需的控制系统模型，然后利用Simulink提供的输入源模块对结构图所描述的系统施加激励，利用Simulink提供的输出口模块获得系统的输出响应数据或时间响应曲线。
在本次设计中，控制系统的数学模型就是基于MATLAB/Simulink中的―Sim Power systems‖搭建的。 6.2 仿真模型的建立
根据系统模型，建立仿真模型。
采用400V直流电压源模拟直流输入，采用交流电压源模拟电网电压，电压峰值取311V，频率为50Hz，假定设计逆变器功率为10kW，可以得到并网电流峰值为64.3A。搭建的仿真模型如图6.1所示，包括单相全桥逆变器、PWM驱动信号发生器、PI控制器、滤波电感。其中控制器设计是关键，控制器主要实现对电流的跟
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踪，减小幅值偏差、相位偏差，增强应对电网扰动的能力[27]。仿真时采用的参数如下：三角载波频率设为10kHz，设计滤波电感为3mH，串联等效电阻0.02Ω，PI参数取Kp=0.5，Ki=200。
图6.1 采用PI控制器的并网逆变器仿真模型
6.3 模型各部分参数设置
如下图6.2所示，仿真模型中的电感L设置为3mH，等效电阻R设置为0.02Ω。
图6.2 电感L和等效电阻R参数
如下图6.3所示，交流电压源模拟的电网电压，峰值为311V，频率为50Hz。
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图6.3 模拟电网电压参数
如下图6.4所示，PWM波形发生器的载波频率设置为10kHz。
图6.4 PWM波形发生器参数
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