固緯電子電力電子教學(xué)小課堂 | 第十七講: PEK-110模塊之單相并網(wǎng)逆變器
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(huà)
經(jīng)過(guò)前幾期對于PTS-800中基本的電路圖拓撲結構的學(xué)習,我們已經(jīng)掌握了基本的電路模型。從PEK-100系列開(kāi)始,在固有電路拓撲基礎上開(kāi)始對電路的控制方式進(jìn)行學(xué)習。本期將針對單相全橋逆變PEK-110的控制方式以及與新能源中光伏發(fā)電結合探究最大功率點(diǎn)追蹤技術(shù)的學(xué)習。
PEK-110
單相逆變器
實(shí)驗原理:
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制,外環(huán)是電壓回路用以維持直流側電容電壓,電壓環(huán)的輸出作為內環(huán)的給定信號。內環(huán)是電感電流回路用以維持單位功率并網(wǎng),給定信號是電壓環(huán)的輸出。電流環(huán)的輸出信號作為調制波與載波進(jìn)行比較得到逆變器的控制信號。
在單位功率并網(wǎng)前提下,交流側的輸入功率如下:
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,該二次諧波將對直流側造成二次諧波。根據功率守恒,直流側的平均功率等于交流側功率的直流分量。因此,
由直流測電源對電容充電可知:
為了衰減直流側電壓的二次諧波含量,電壓外環(huán)的帶寬必須遠小于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)設計:
根據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回路的擾動(dòng),我們采取了前饋控制。對于控制器Gi的設計,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)行設計。令Gi=k1,則傳遞函數如下:
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)設計:
電壓回路控制方塊圖如圖所示。假設電流回路響應之帶寬較電壓回路帶寬高四倍以上,則電流回路之響應在分析電壓回路響應時(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)設計:
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)的設計。
根據上式,電網(wǎng)將獲取的相位信號與電網(wǎng)信號的正弦值誤差進(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)周期的信號分別計算。
實(shí)驗效果:
硬件電路圖:
電源輸出設置:
三相電源吸收功率(模擬電網(wǎng))
并網(wǎng)電流波形:
總 結:
并網(wǎng)電流小于直流側的輸入電流是由于負載和變換器存在功率損耗。經(jīng)過(guò)以上對單相并網(wǎng)逆變器的講解有助于學(xué)生進(jìn)行學(xué)習了解雙閉環(huán)并網(wǎng)控制器的設計流程。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)習壓力,因此開(kāi)創(chuàng )了全新的理論與實(shí)踐相結合的教學(xué)模式,還請各位老師同學(xué)進(jìn)行了解轉發(fā)。
附:為了提供學(xué)生更加豐富的學(xué)習資料,本次我們提供了matlab的仿真文件,感興趣的可以點(diǎn)贊轉發(fā),在文章下面留言以及聯(lián)系方式或郵箱可以免費提供仿真文件。
仿真效果圖: