固緯電子電力電子教學小課堂 | 第十七講: PEK-110模塊之單相并網逆變器

PTS-系列之PEK-100系列教學 PEK-110模塊之單相并網逆變器

寫在前面的話

經過前幾期對于PTS-800中基本的電路圖拓撲結構的學習，我們已經掌握了基本的電路模型。從PEK-100系列開始，在固有電路拓撲基礎上開始對電路的控制方式進行學習。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電結合探究最大功率點追蹤技術的學習。

PEK-110

單相逆變器

實驗原理：

單相全橋并網逆變器采用雙閉環控制的單極性倍頻調制，外環是電壓回路用以維持直流側電容電壓，電壓環的輸出作為內環的給定信號。內環是電感電流回路用以維持單位功率并網，給定信號是電壓環的輸出。電流環的輸出信號作為調制波與載波進行比較得到逆變器的控制信號。

在單位功率并網前提下，交流側的輸入功率如下：

在單位功率并網條件下，電路簡化圖如下：

根據上式可以看出，逆變器的輸出功率包含一個直流分量和一個二次諧波分量，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，電壓外環的帶寬必須遠小于120Hz才可以。因此電壓環控制器可以選擇type II型控制器（即：PI+低通濾波器）

電流環設計：

根據電感兩端的電壓公式可以畫出上圖，為了抵消輸出電壓對回路的擾動，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單的P控制器進行設計。令Gi=k1，則傳遞函數如下：

故：

其中Ui為開關頻率的十分之一到八分之一。

電壓環設計：

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：

鎖相環設計：

在并網過程中，為了獲取電網的相位，需要進行鎖相環的設計。

根據上式，電網將獲取的相位信號與電網信號的正弦值誤差進行PI控制。為了獲取電網相位的正弦值與余弦值，采用了延時四分之一個周期的信號分別計算。

實驗效果：

硬件電路圖：

電源輸出設置：

三相電源吸收功率（模擬電網）

并網電流波形：

總　結：

并網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。經過以上對單相并網逆變器的講解有助于學生進行學習了解雙閉環并網控制器的設計流程。固緯電子在電力電子教學方向致力于為老師減少壓力，緩解學生的學習壓力，因此開創了全新的理論與實踐相結合的教學模式，還請各位老師同學進行了解轉發。

附：為了提供學生更加豐富的學習資料，本次我們提供了matlab的仿真文件，感興趣的可以點贊轉發，在文章下面留言以及聯系方式或郵箱可以免費提供仿真文件。

仿真效果圖：