化工儀器網(wǎng)
技術(shù)文章
固緯電子電力電子教學(xué)小課堂 | 第二講: 兩級式逆變器控制
閱讀：1723 發(fā)布時間：2022-8-9PTS-5000系列之PEK-550三相光伏逆變器原理分解
(二)兩級式逆變器控制——前級Boost電路控制技術(shù)（電感電流雙閉環(huán)）
當(dāng)前國內(nèi)的教學(xué)平臺設(shè)備陳舊，封裝過于封閉,，抽象,。接線復(fù)雜凌亂，設(shè)備笨重,，體積大,，易損壞。當(dāng)今教學(xué)需要高度透明化,，精簡化以及輕便化,，固緯電子同高校合作共同研發(fā)的PTS實(shí)驗(yàn)平臺應(yīng)運(yùn)而生，收獲了大批高校,、學(xué)者的喜愛,，目前與之合作的高校有上海交通大學(xué)、四川大學(xué),、上海電力大學(xué)等一批國家重點(diǎn)高校,，電力高校的喜愛。
為了使學(xué)生可以快速學(xué)習(xí)掌握新興的光伏發(fā)電技術(shù)并且快速熟悉本公司產(chǎn)品,，固緯電子針對新能源技術(shù)做出了全面的實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程,。本次我們所講解的PEK-550模塊是一個三相升壓逆變光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，是一個完整的獨(dú)立性小型發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)仿真,。PEK-550模塊的電路圖及實(shí)物圖如下：
PEK-550
Boost升壓電路開環(huán)問題：
根據(jù)上篇文章可知,，我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了開環(huán)的BOOST升壓電路的仿真，其仿真電路圖如下：
我們在輸入電壓為100V時,，輸出電壓可以200V輸出，但是實(shí)際應(yīng)用中我們的輸入端不可能是穩(wěn)定的直流電壓,，因此當(dāng)輸入電壓不是100V時,，我們假定輸入為80V，其開環(huán)電路仿真結(jié)果如下：
根據(jù)仿真結(jié)果,，我們可以看出輸出電壓大概為160V左右,，無法以200V穩(wěn)定輸出,。因此，為了解決這個問題我們采用閉環(huán)控制,。
電路的閉環(huán)電路建模：
這里我們采用模擬仿真,，因此不必考慮A/D轉(zhuǎn)換。電壓采樣增益Kv=1/200,，電流采樣增益Ki=1,。因此我們開始基于平均狀態(tài)法對電路進(jìn)行建模分析：
電流環(huán)設(shè)計(jì)：根據(jù)平均狀態(tài)法可知：
整理得：
故，其電流環(huán)流程框圖如下：
根據(jù)上面的流程圖和公式可以看出,，輸出電流除了控制量以外,，還受到輸入電壓與輸出電壓的擾動，我們可以采用忽略法也可以使用前饋補(bǔ)償,。這里我們采用忽略法,。
因此，流程圖可化簡為如下所示：
根據(jù)上圖我們可以寫出該開環(huán)傳遞函數(shù)：
電流內(nèi)環(huán)要求反應(yīng)速度較快,，因此我們設(shè)計(jì)時要求開環(huán)穿越頻率為開關(guān)頻率的1/10~1/2,，我們選擇中間值1/5。也就是4k,。PID tuning是通過使用matlab的功能模塊找到PID控制器的比例,、積分和微分增益值的過程，以實(shí)現(xiàn)預(yù)期性能并滿足設(shè)計(jì)要求,?？梢詫imulink模型中的PID控制器，離散PID控制器,，兩自由度PID控制器,，兩自由度離散PID控制器進(jìn)行調(diào)參，實(shí)現(xiàn)控制性能和健壯性的良好平衡,。使用PI補(bǔ)償器之后的bode圖如下：
我們根據(jù)伯德圖可以看出,，此時符合要求。此時的PI控制器參數(shù)如下：
電壓環(huán)設(shè)計(jì)：
電流環(huán)我們已經(jīng)設(shè)計(jì)過了,，我們在設(shè)計(jì)電壓外環(huán)的時候我們假設(shè)電流環(huán)的輸出為理想值,。此時我們可以簡化電壓環(huán)的流程框圖如下：
由上圖我們可以看出電壓外環(huán)的開環(huán)傳遞函數(shù)（由于仿真時沒有使用一階濾波器，因此我們這里忽略一階濾波器）如下：
電壓外環(huán)的設(shè)計(jì)要求是需要帶寬在遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于100Hz,。大概在10到20之間最好,，因此我們選擇中間值15Hz。因此,，PI控制器的參數(shù)設(shè)置如下圖所示：
其中加入控制器后的bode圖如下所示：
根據(jù)bode圖我們可以看出,，這是符合設(shè)計(jì)要求的。其中電壓外環(huán)的設(shè)計(jì)參數(shù)如下：
實(shí)驗(yàn)結(jié)果：
電路加上閉環(huán)控制后的電路圖如下：
當(dāng)輸入電壓為100V時，輸出電壓波形圖如下：
當(dāng)輸入電壓為80V時,，輸出電壓波形：
當(dāng)輸入電壓為80V時,，輸出電壓波形：
總結(jié)：本根據(jù)上面的仿真我們可以看到無論輸入電壓如何變化輸出電壓都能穩(wěn)定在200V輸出，其實(shí)負(fù)載變化時輸出電壓也能一直穩(wěn)定在200V,，但是由于篇幅問題我們不再進(jìn)行展示,。在后續(xù)的推送中我們將開啟三相逆變電路的仿真。