固緯電子電力電子教學(xué)小課堂 | 第二十七講: PEK-510模塊之單相光伏并網(wǎng)逆變器

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(xiě)在前面的話(huà)

　　經(jīng)過(guò)前幾期對PTS-1000基本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。從現在開(kāi)始對PEK-500系列電路的控制方式進(jìn)行學(xué)習。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)目標的實(shí)驗項目。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)驗的目的是為使用者提供基于DSP控制的電力變換器學(xué)習平臺，即借助 PSIM 軟件完成仿真和實(shí)驗。首先可以在PSIM上建立模擬（連續）仿真電路，以學(xué)習電力變換器的原理、分析和功能設計；其次將電力變換器的控制轉化去數字（離散）仿真部分，進(jìn)行仿真研學(xué)；第三借助DSP芯片內部所具有的A/D轉化器、數據處理和PWM信號生成功能，再次進(jìn)行數字（離散）仿真；第四通過(guò)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。這樣設計的最大優(yōu)點(diǎn)是讓那些不懂C語(yǔ)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)驗平臺上完成。

PTS-5000 實(shí)驗平臺

單相光伏并網(wǎng)逆變器組成

單相光伏并網(wǎng)逆變器實(shí)驗系統組成如圖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數據采集、處理及PWM信號模塊組成。

　圖３ 單相光伏并網(wǎng)逆變器實(shí)驗系統

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(xiàn)電壓Vd的穩定控制；（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(dòng)觀(guān)測法流程圖

圖6 MPPT實(shí)現PSIM仿真圖

２.直流母線(xiàn)電壓Vｄ穩定及逆變器控制

　　單相并網(wǎng)逆變器實(shí)現框圖如圖７所示。實(shí)現單相并網(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(xiàn)電壓Ｖｄ的大??；（３）為實(shí)現電網(wǎng)電流低擾動(dòng)，對電感電流進(jìn)行控制。

圖７ 單相并網(wǎng)逆變器實(shí)現框圖

（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，去調諧壓控振蕩器以產(chǎn)生目標頻率的負反饋控制系統。根據自動(dòng)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)路內部振蕩信號的頻率和相位，實(shí)現輸出信號頻率對輸入信號頻率的自動(dòng)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)現框圖如圖８所示。 

圖８ 鎖相環(huán)實(shí)現框圖

（２）單相逆變器控制模型

由圖７可以發(fā)現，

這里，

1）電流控制器設計

圖9  電流控制器設計框圖

２）電壓控制器設計

圖10  電壓控制器設計框圖

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注所示。仿真結果如圖12所示。

圖11 光伏單相逆變器并網(wǎng)仿真圖

應用PTS5000完成光伏單相逆變器并網(wǎng)實(shí)驗，其連接線(xiàn)圖如圖13所示。實(shí)驗結果如圖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(jiàn) APS 上所顯示功率-87.6W(負號表示吸收功率)。

圖13 實(shí)驗接線(xiàn)圖

1、為確保充分利用太陽(yáng)能，升壓電路（BOOST）能夠實(shí)現最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）功能；

2、當無(wú)負載時(shí)逆變器發(fā)出的功率會(huì )全部回饋到市電交流電源。