PTS-系列之PEK-100系列教學(xué) PEK-110模塊之單相并網(wǎng)逆變器

寫(xiě)在前面的話

經(jīng)過(guò)前幾期對(duì)于PTS-800中基本的電路圖拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)，我們已經(jīng)掌握了基本的電路模型。從PEK-100系列開(kāi)始，在固有電路拓?fù)浠A(chǔ)上開(kāi)始對(duì)電路的控制方式進(jìn)行學(xué)習(xí)。本期將針對(duì)單相全橋逆變PEK-110的控制方式以及與新能源中光伏發(fā)電結(jié)合探究最大功率點(diǎn)追蹤技術(shù)的學(xué)習(xí)。

PEK-110

單相逆變器

實(shí)驗(yàn)原理：

單相全橋并網(wǎng)逆變器采用雙閉環(huán)控制的單極性倍頻調(diào)制，外環(huán)是電壓回路用以維持直流側(cè)電容電壓，電壓環(huán)的輸出作為內(nèi)環(huán)的給定信號(hào)。內(nèi)環(huán)是電感電流回路用以維持單位功率并網(wǎng)，給定信號(hào)是電壓環(huán)的輸出。電流環(huán)的輸出信號(hào)作為調(diào)制波與載波進(jìn)行比較得到逆變器的控制信號(hào)。

在單位功率并網(wǎng)前提下，交流側(cè)的輸入功率如下：

在單位功率并網(wǎng)條件下，電路簡(jiǎn)化圖如下：

根據(jù)上式可以看出，逆變器的輸出功率包含一個(gè)直流分量和一個(gè)二次諧波分量，該二次諧波將對(duì)直流側(cè)造成二次諧波。根據(jù)功率守恒，直流側(cè)的平均功率等于交流側(cè)功率的直流分量。因此，

由直流測(cè)電源對(duì)電容充電可知：

為了衰減直流側(cè)電壓的二次諧波含量，電壓外環(huán)的帶寬必須遠(yuǎn)小于120Hz才可以。因此電壓環(huán)控制器可以選擇type II型控制器（即：PI+低通濾波器）

電流環(huán)設(shè)計(jì)：

根據(jù)電感兩端的電壓公式可以畫(huà)出上圖，為了抵消輸出電壓對(duì)回路的擾動(dòng)，我們采取了前饋控制。對(duì)于控制器Gi的設(shè)計(jì)，可以采取P、PI以及Type 2等控制方式。本次我們選擇較為簡(jiǎn)單的P控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)。令Gi=k1，則傳遞函數(shù)如下：

故：

其中Ui為開(kāi)關(guān)頻率的十分之一到八分之一。

電壓環(huán)設(shè)計(jì)：

電壓回路控制方塊圖如圖所示。假設(shè)電流回路響應(yīng)之帶寬較電壓回路帶寬高四倍以上，則電流回路之響應(yīng)在分析電壓回路響應(yīng)時(shí)可以被視為1。由于我們選擇了type II型控制器，已知電壓帶寬為Uv，則：

鎖相環(huán)設(shè)計(jì)：

在并網(wǎng)過(guò)程中，為了獲取電網(wǎng)的相位，需要進(jìn)行鎖相環(huán)的設(shè)計(jì)。

根據(jù)上式，電網(wǎng)將獲取的相位信號(hào)與電網(wǎng)信號(hào)的正弦值誤差進(jìn)行PI控制。為了獲取電網(wǎng)相位的正弦值與余弦值，采用了延時(shí)四分之一個(gè)周期的信號(hào)分別計(jì)算。

實(shí)驗(yàn)效果：

硬件電路圖：

電源輸出設(shè)置：

三相電源吸收功率（模擬電網(wǎng)）

并網(wǎng)電流波形：

總　結(jié)：

并網(wǎng)電流小于直流側(cè)的輸入電流是由于負(fù)載和變換器存在功率損耗。經(jīng)過(guò)以上對(duì)單相并網(wǎng)逆變器的講解有助于學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)了解雙閉環(huán)并網(wǎng)控制器的設(shè)計(jì)流程。固緯電子在電力電子教學(xué)方向致力于為老師減少壓力，緩解學(xué)生的學(xué)習(xí)壓力，因此開(kāi)創(chuàng)了全新的理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)模式，還請(qǐng)各位老師同學(xué)進(jìn)行了解轉(zhuǎn)發(fā)。

附：為了提供學(xué)生更加豐富的學(xué)習(xí)資料，本次我們提供了matlab的仿真文件，感興趣的可以點(diǎn)贊轉(zhuǎn)發(fā)，在文章下面留言以及聯(lián)系方式或郵箱可以免費(fèi)提供仿真文件。

仿真效果圖：