PTS-系列之PEK-500系列教學(xué)

PEK-510模塊之

單相光伏并網(wǎng)逆變器

寫在前面的話

　　經(jīng)過前幾期對PTS-1000基本電路圖拓?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。從現(xiàn)在開始對PEK-500系列電路的控制方式進(jìn)行學(xué)習(xí)。本期將針對光伏單相變換器PEK-510對單相逆變器完成的并網(wǎng)逆變器進(jìn)行教學(xué)與分析，為老師提供符合教學(xué)目標(biāo)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。PEK-510模組圖如圖所示。

PEK-510

單相光伏并網(wǎng)逆變器

PEK-510模組介紹：

PEK-510 為單相光伏逆變器模組(Single Phase PV　Inverter Module)，模組實(shí)物照片如圖1 所示，主要兩級組成，前級為升壓式比變化器(Boost Converter)，后級為相單相全橋逆變器(Single Phase Inverter)，同時(shí)還具有主要變量的檢測和DSP控制功能部分。該模組實(shí)驗(yàn)的目的是為使用者提供基于DSP控制的電力變換器學(xué)習(xí)平臺，即借助 PSIM 軟件完成仿真和實(shí)驗(yàn)。首先可以在PSIM上建立模擬（連續(xù)）仿真電路，以學(xué)習(xí)電力變換器的原理、分析和功能設(shè)計(jì)；其次將電力變換器的控制轉(zhuǎn)化去數(shù)字（離散）仿真部分，進(jìn)行仿真研學(xué)；第三借助DSP芯片內(nèi)部所具有的A/D轉(zhuǎn)化器、數(shù)據(jù)處理和PWM信號生成功能，再次進(jìn)行數(shù)字（離散）仿真；第四通過PSIM 之 C代碼生成功能，將控制部分生成C代碼；最后將生成的C代碼下載于PEK-510的DSP之中，以備實(shí)物實(shí)驗(yàn)。這樣設(shè)計(jì)的最大優(yōu)點(diǎn)是讓那些不懂C語言編程使用者能夠快速完成DSP對變換器主電路的控制。

　　進(jìn)行實(shí)驗(yàn)除需要PEK-510 模組外，仍需配置PEK-005A(輔助電源)和 PEK-006 (JTAG 下載器)等并在 PTS-5000 的實(shí)驗(yàn)平臺上完成。

PTS-5000 實(shí)驗(yàn)平臺

單相光伏并網(wǎng)逆變器組成

單相光伏并網(wǎng)逆變器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成如圖3所示，即主要由DC電源、BOOST升壓電路、單相逆變電路、交流電源、檢測單元模塊和DSP數(shù)據(jù)采集、處理及PWM信號模塊組成。

　圖３ 單相光伏并網(wǎng)逆變器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

單相光伏并網(wǎng)逆變器控制方案

一個(gè)完整的單相光伏并網(wǎng)逆變器需要以下控制部分，即（１）光伏模塊的MPPT功能控制；（2）直流母線電壓Vd的穩(wěn)定控制；（3）按照一定控制要求逆變器輸出交流電壓與交流電源電壓同步實(shí)現(xiàn)控制。具有光伏模塊的單相逆變器并網(wǎng)控制框圖如圖4所。下面對實(shí)現(xiàn)單相光伏并網(wǎng)逆變器控制的主要功能模塊及逆行討論。

圖4 光伏單相逆變器并網(wǎng)控制框圖

1. MPPT功能控制功能模塊

圖5 擾動觀測法流程圖

圖6 MPPT實(shí)現(xiàn)PSIM仿真圖

２.直流母線電壓Vｄ穩(wěn)定及逆變器控制

　　單相并網(wǎng)逆變器實(shí)現(xiàn)框圖如圖７所示。實(shí)現(xiàn)單相并網(wǎng)逆變器功能必須完成以下三點(diǎn)，即（１）用鎖相環(huán)（PLL）獲得交流電源Vs電網(wǎng)相位和幅值；（２）將前級BOOST電路作為電流源以控制直流母線電壓Ｖｄ的大?。唬ǎ常閷?shí)現(xiàn)電網(wǎng)電流低擾動，對電感電流進(jìn)行控制。

圖７ 單相并網(wǎng)逆變器實(shí)現(xiàn)框圖

（１）鎖相環(huán)（PLL）

　　鎖相環(huán) (phase locked loop)是一種利用相位同步產(chǎn)生的電壓，去調(diào)諧壓控振蕩器以產(chǎn)生目標(biāo)頻率的負(fù)反饋控制系統(tǒng)。根據(jù)自動控制原理，這是一種典型的反饋控制電路，利用外部輸入的參考信號控制環(huán)路內(nèi)部振蕩信號的頻率和相位，實(shí)現(xiàn)輸出信號頻率對輸入信號頻率的自動跟蹤。鎖相環(huán)通常由鑒相器（PD，Phase Detector）、濾波器（LF，Loop Filter）和壓控振蕩器（VCO，Voltage Controlled Oscillator）3部分組成。鎖相環(huán)實(shí)現(xiàn)框圖如圖８所示。 

圖８ 鎖相環(huán)實(shí)現(xiàn)框圖

（２）單相逆變器控制模型

由圖７可以發(fā)現(xiàn)，

這里，

1）電流控制器設(shè)計(jì)

圖9  電流控制器設(shè)計(jì)框圖

２）電壓控制器設(shè)計(jì)

圖10  電壓控制器設(shè)計(jì)框圖

在圖10中，

PSIM 仿真

在PSIM搭建模擬仿真圖如圖11所示。各控制模塊的功能如圖中標(biāo)注所示。仿真結(jié)果如圖12所示。

圖11 光伏單相逆變器并網(wǎng)仿真圖

應(yīng)用PTS5000完成光伏單相逆變器并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)，其連接線圖如圖13所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖14所示。在圖14中， VORMS 值為 0.499V(實(shí)際值為 40.24V)，IORMS 值為 1.77A(實(shí)際值為 2.21A)。PSW 所提供輸出功率為 97W，在這種情況下，逆變器所產(chǎn)生的功率將送回市電電源，故所有能量被 APS-300 所吸收，因此可看見 APS 上所顯示功率-87.6W(負(fù)號表示吸收功率)。

圖13 實(shí)驗(yàn)接線圖

1、為確保充分利用太陽能，升壓電路（BOOST）能夠?qū)崿F(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）功能；

2、當(dāng)無負(fù)載時(shí)逆變器發(fā)出的功率會全部回饋到市電交流電源。