MATLAB采用电流滞环控制的单相并网逆变器仿真研究(3)
随着自动控制的发展和数字化的普及，数字PID控制器发展迅猛，逐渐显示出其独特的优势。数字PID具有结构更改方便、参数整定灵活、控制精准等诸多优点。随着生产技术发展，研究人员陆续提出了许多新型控制算法，如自适应PID控制、模糊PID控制、智能PID控制等。这类先进的PID控制方法大大提高了逆变器系统的综合控制性能，但同时控制算法的运算量将大幅提高。
图1.2 模拟PID控制系统原理框图
1.3.3 状态反馈控制
从控制理论的角度来说，闭环控制系统的传递函数极点（系统特征根）所在位置对控制性能的影响很大。经典控制理论主要用引入串联校正装置或积分型校正网络等方法来改善系统性能。但是这样的方法下系统的状态信息并没有被充分利用，容易导致控制系统性能不佳。状态反馈控制不仅利用输出反馈，还利用系统状态信息来配置极点，能较好的反应系统内部特性，提供更多状态信息从而得到最优控制系统。
状态反馈控制系统可以优化配置系统极点在任意预期位置，提高系统的瞬时响应速度和动态性能，优化控制系统。但是状态反馈控制需要依靠系统模型参数进行设计，而在逆变器状态建模时，并不能将所有负载的动态特性考虑在内，所以状态反馈控制对于非线性负载等情况控制效果并不理想，将会出现稳态偏差和动态特性改变[11]。
1.3.4 电流滞环控制
电流滞环控制的原理是由电感电流与基准电流进行比较得到的电流误差信号，经过滞环比较器与给定环宽比较，若大于正环宽则通过控制逆变器使电流减小，小于负环宽则增大，从而控制逆变器输出电流始终处在设定的正负环宽范围内，准确的跟踪基准电流。滞环控制具有结构简单、系统响应速度快、可以实时跟踪参考电流、系统鲁棒性好等优点，故并网逆变器采用滞环控制在实际情况中得到了广泛的应用[12]。
但是电流滞环控制也有着开关频率不固定、滤波参数设计困难等一系列缺点。开关频率过大或过小都会降低系统性能，开关频率过大，虽然可以使跟踪误差减小，但是可能会超过开关器件的最大频率，引起更多的开关损耗；开关频率过小，导致输出电流跟踪变慢，跟踪误差增大。针对这个问题，研究人员提出了很多解决方法，文献[13-15]提出一种自适应电流滞环控制的策略，根据电气参数动态调整滞环宽度，使平均开关频率基本保持不变；文献[16-18]提出基于数字化实现的限频式电流滞环控制方法，在采样频率固定的前提下，选择合适的采样频率，有效限制了开关器件的最大开关频率；文献[19，20]提出一种在滞环控制的基础上，引入频率反馈控制的准固定频率策略，也能解决开关频率变化的问题。
1.4 本文的主要内容
21世纪的今天，随着生态环境污染和能源危机的日趋严重，开发利用新能源变得刻不容缓。在开发利用新能源的过程中，作为并网发电系统中的核心器件，逆变器及其控制技术起到至关重要的作用，本课题的研究具有重要的现实意义。并网发电系统要求合理设置逆变器，使得逆变电路输出的并网电流谐波小，以减少并网电流对电网的谐波污染，并且要求输出功率因数可调。
本文通过对基于电流滞环控制的单相并网逆变器电路及其输出功率因数控制方法的学习和研究，了解和掌握基于电流滞环控制并实现功率因数可调的单相并网逆变电路的原理，并搭建仿真模型验证结论的正确性。全文共分为五章，主要内容分别如下：