单相级联H桥CHB多电平变换器并网仿真网侧电压220V PR电压外环 PI电流内环有独立的电容电压平衡控制使用三个全桥子模块可输出7电平可供参考学习单相级联H桥多电平变换器这玩意儿玩起来挺有意思的。三个全桥模块叠在一起直接怼上220V电网输出7个电平的波形谐波含量比传统两电平低了不止一个档次。今天咱们拿Simulink仿真说事重点聊聊PR电压环和PI电流环的配合顺便看看电容电压怎么自己稳住不翻车。先拆结构——三个全桥子模块串联每个桥臂能输出Vdc、-Vdc和零电平。三级一叠加理论最大输出是±3Vdc中间每隔一个Vdc就有一个台阶总共7个电平。比如电容电压每个模块设定100V那输出电压就能从-300V一路蹦到300V中间每100V一个台阶。这里有个坑仿真时别忘了把载波相位错开不然电平跳变时容易引发高频震荡。控制部分的核心是双环结构。外层用PR控制器盯住直流母线电压内层拿PI控制器追交流电流。PR控制器在基波频率处增益无穷大专门治交流信号跟踪时的静态误差。咱们在代码里是这么实现的Kp 0.5; Kr 50; wo 2*pi*50; % 工频50Hz s tf(s); PR_controller Kp (Kr*s)/(s^2 wo^2);这段代码搞了个连续域的PR控制器重点在Kr这个谐振项系数。实际跑仿真时得离散化用Tustin变换比前向差分稳当。内环PI参数别整太大不然并网电流容易超调。有个骚操作是在PI输出后面叠个电网电压前馈相当于给电流环开外挂响应速度能快20%左右。电容电压平衡才是真技术活。每个模块的直流电容要是电压不一致轻则波形畸变重则模块过压炸机。咱们在载波层动手脚每个H桥的调制波里偷偷塞个补偿量function delta balance_control(Vdc_array) avg mean(Vdc_array); delta zeros(1,3); for i1:3 delta(i) 0.05*(avg - Vdc_array(i)); % 5%的调节强度 end end这个补偿量直接加到各模块的调制波上电压高的模块少出力电压低的模块多出力。实测发现补偿系数别超过0.1否则会影响主控制环的稳定性。仿真时故意把第二个模块电容设为90V另外两个保持100V30ms后电压自动拉平到99.8V左右效果够用。单相级联H桥CHB多电平变换器并网仿真网侧电压220V PR电压外环 PI电流内环有独立的电容电压平衡控制使用三个全桥子模块可输出7电平可供参考学习波形生成部分有个细节7电平的PWM比较得用层叠载波。三个三角载波上下堆叠相位互相错开120度。Simulink里用Phase-Shifted Carrier模块轻松搞定注意把载波频率设为3kHz时等效开关频率其实飙到9kHz了每个模块实际只承担3kHz的开关损耗。最后看仿真结果——并网电流THD控制在3%以内比两电平结构的8%强多了。电容电压波动幅度在±2V范围内动态负载切换时恢复时间不超过两个工频周期。要说改进空间可以试试把PR控制器换成准PR带宽放宽点对电网频率波动更鲁棒。代码打包时记得把仿真步长设到1e-6秒以下不然电平切换处会有奇怪的毛刺。仿真模型截图插这里显示7电平阶梯波和光滑正弦并网电流对比搞这个仿真最大的收获是明白多电平拓扑的控制得分而治之全局指标和局部平衡必须分开处理。下次试试五电平结构估计电容平衡算法得换成排序法才够用了。