摘 要

电压源逆变器具有结构简单、控制灵活、适应性强等特点，已经在越来越多的领域得到研究和应用。根据不同的应用场合，电压源逆变器的输出特性可以控制为电压源或电流源，例如：给电机、电阻等无源负荷供电，通常将其控制为电压源；为了满足分布式发电并网等电网需求，通常将其控制为电流源。

本文提出了对于电压源逆变器的自抗扰控制方法，并通过与PI控制、PR控制的比较，来验证其在保持逆变器输出稳定的问题上具有更好的抗扰动性能。通过查阅大量的文献资料，掌握了三相电压源逆变器并网模型和UPS模型的建立方法，理解并掌握了自抗扰控制技术，并能将其运用到逆变器的控制部分。

仿真阶段使用Matlab工具分别搭建了在PI/PR/自抗扰控制下的并网逆变器模型和UPS逆变器模型，并在无干扰和有干扰环境下分别比较逆变器输出的电流（电压）并分析，发现本文所提出的电压源逆变器自抗扰控制方法在干扰环境下有较好的保持输出稳定的能力。

关键字：电压源逆变器；PI控制；PR控制；自抗扰控制

Abstract

Voltage source inverter is characterized by simple structure, flexible control and strong adaptability. It has been studied and applied in more and more fields. According to different applications, the output characteristics of voltage source inverter can control as the voltage source or current source.When used with passive load such as motor and resistance, it is usually controlled as voltage source; in order to meet the demand of distributed generation paralleling in powersystem, it is awlays controlled as current source.

This thesis proposes an active disturbance rejection control method for voltage source inverter. By comparing it with PI control and PR control, it is proved that it has better disturbance rejection performance in maintaining the output stability of the inverter. After reviewing the literature, I learned the establishment method of the three-phase voltage source inverter grid-connected model and UPS model and can apply ADRC control to the inverter control part after understanding ADRC control technology.

Simulation is carried out in Matlab tool, by building the model of grid-connected inverter and UPS inverter with PI/PR/ ADRC control. The output current (voltage) of the inverter is compared and analyzed with and without interference. It is found that the ADRC control proposed in this thesis has good performance keeping the output stable in disturbing conditions.

Key words: voltage source inverter; PI control; PR control; active disturbance rejection control

目 录

第1章 绪论 1

1.1课题研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 本文主要研究内容 2

第2章逆变器及其控制技术基本原理 3

2.1电压源逆变器物理模型及其工作原理 3

2.1.1电压源逆变器物理模型 3

2.1.2逆变器的PWM调制技术 4

2.2 PI控制与PR控制 5

2.2.1 PI控制器原理及其模型 5

2.2.2 PR控制器模型 7

2.3 自抗扰控制技术 10

第3章 无干扰的自抗扰控制与PI/PR控制对比 13

3.1电压源逆变器模型的建立 13

3.1.1 PI控制下的电压源逆变器模型 13

3.1.2 PR控制下的电压源逆变器模型 14

3.1.3自抗扰控制下的电压源逆变器模型 16

3.2无干扰时不同控制方式下的逆变器波形对比 19

3.2.1并网逆变器波形对比 19

3.2.2 UPS逆变器波形对比 22

第4章 干扰环境下的自抗扰控制与PI/PR控制对比 25

4.1 并网逆变器波形对比 25

4.2 UPS逆变器波形对比 27

总结与展望 30

参考文献 31

附录A 32

致 谢 38

第1章 绪论

1.1课题研究背景及意义

近年来，由于结构简单、适应性强以及控制方法灵活等特点，电压源逆变器在UPS电源、可再生能源并网、变频调速等越来越多领域得到广泛应用。但随着使用的普及，对逆变器输出的质量要求也随之提高。除了对最重要的系统响应速度需要重视以外，还应关注逆变器的谐波畸变率。为了在改善这两个指标的同时还要保持系统的稳定，逆变器的控制方法就显得尤为重要。在国内外对电压源逆变器的控制方式的研究上，历经了从简单的开环控制到闭环控制，从古典控制到现代控制，从线性控制到非线性控制，以及近几年研究的人工智能控制，这些控制都追求更好的控制性能，以达到更好的控制效果。但是这些控制方式下的逆变器输出质量仍有较大的提升空间，因此对于电压源逆变器控制方式的研究仍有很大的价值。

1.2 国内外研究现状

最早使用的开环控制，由于直流母线电压、负荷变化等会极大地影响输出电压与电流，存在明显的缺陷，对控制方式的研究渐渐往闭环控制方向发展。研究的早期，使用较多的是经典的古典控制理论。其中最有代表性的，就是比例积分微分控制(PID) ^[1-2]。随着发展，控制方式越来越多的控制对象的物理意义，渐渐出现了二次最优控制、滑模控制等现代控制，而这些控制应用在逆变器上，使得对参数整定的效率大大提高 ^[3-4]。这些方法通过抑制扰动造成的逆变器输出的增益、或者通过控制规律使误差逐渐衰减，对于逆变器控制领域是一个全新的方向。然而这些方法都是采取把逆变器局部线性化的方式，再对线性化的模型进行控制，但其实逆变器的模型是具有非线性特征的。于是，为了避免因局部线性化导致的与实际模型产生的误差，并提高控制性能，出现了逆变器的非线性控制策略^[5]。而在非线性控制中，自抗扰控制技术(active disturbance rejection control，ADRC)受到越来越多的关注。其具有不依赖被控对象的数学模型的特点，并且对被控对象的参数、结构变化以及内外的干扰具有比较好的抑制能力，而且算法简单，易于实现，对于解决电压源逆变器实际控制中存在的各种问题有很大的研究价值。

1.3 本文主要研究内容

本文主要研究了自抗扰控制在电压源逆变器上的运用并对其性能进行了评估。理解电压源逆变器工作原理，构建其电路模型。学习韩京清先生提出的自抗扰控制技术，理解其原理并构建起控制器模型，再整合到逆变器上建立起完整的自抗扰控制下的电压源逆变器模型。同时学习PI控制、PR控制技术，并将其运用到逆变器的控制，以作为与自抗扰控制的对比。本文的研究重点为：

（1）电压源逆变器模型的建立；