固緯電子助力TI杯全國大學(xué)生電子設計競賽 | 本科組A——單相逆變器并聯(lián)運行系統
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：
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：
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：
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