摘要：本文簡單地介紹了單相全橋并網(wǎng)逆變器的閉環(huán)控制原理，利用PSIM軟件來進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：單相 閉環(huán)控制 PSIM DLL 鎖相環(huán) 過零檢測 進(jìn)網(wǎng)電流反饋 SPWM

因在研究過程中參考的不少文獻(xiàn)忘記標(biāo)記了，所以無法一一列出，如有侵權(quán)，請聯(lián)系本人進(jìn)行刪改。再者，我自個(gè)水平有限，若有錯(cuò)誤，煩請大伙不吝指正。

目錄

• 一、整體介紹
• 二、鎖相環(huán)及其利用DLL實(shí)現(xiàn)
• 三、進(jìn)網(wǎng)電流反饋及其實(shí)現(xiàn)
• 四、開關(guān)管的調(diào)制策略及其實(shí)現(xiàn)

一、整體介紹

圖1是一個(gè)簡單的單相全橋并網(wǎng)逆變器的電路圖。主電路無需贅述，關(guān)鍵看控制部分。首先，對于并網(wǎng)逆變器而言，要使得逆變產(chǎn)生的交流電壓的大小、頻率以及相位與電網(wǎng)電壓一致，也就是要達(dá)到并網(wǎng)的要求。而對電網(wǎng)電壓的頻率和相位進(jìn)行跟蹤并使得輸出電壓始終與之保持一致的結(jié)構(gòu)我們稱之為“鎖相環(huán)”(PLL，PhaseLockLoop)，具體如何實(shí)現(xiàn)后面再講；接著是進(jìn)行反饋控制。一般常見的做法是采集電網(wǎng)電流，與通過鎖相環(huán)后產(chǎn)生的參考電流進(jìn)行比較后，經(jīng)過我們的控制器，最后產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)開關(guān)管通斷的信號(hào)；最后是考慮我們的調(diào)制策略。一般是采用正弦波脈沖寬度調(diào)制（SPWM），而細(xì)分又有雙極性調(diào)制，單極性調(diào)制，單極性倍頻調(diào)制等等，這邊簡單介紹其中的兩種。

圖1 單相全橋并網(wǎng)逆變器電路及其閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)

綜上所述，整個(gè)電路的工作流程是：實(shí)時(shí)采集電網(wǎng)電壓，通過鎖相環(huán)后，產(chǎn)生一個(gè)參考電流信號(hào)，與采集到的進(jìn)網(wǎng)電流信號(hào)進(jìn)行比較，誤差值通過我們的控制器（常見的有PI控制器和PR控制器等等，這邊采用比較簡單的PI控制器）后，生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)，結(jié)合采用的調(diào)制策略，對四個(gè)開關(guān)管進(jìn)行調(diào)制，從而產(chǎn)生與電網(wǎng)電壓大小，頻率以及相位都一致的輸出電壓。控制框圖如圖2。

圖2 單相并網(wǎng)逆變器控制框圖

二、鎖相環(huán)及其利用DLL實(shí)現(xiàn)

鎖相環(huán)的實(shí)現(xiàn)方式有很多，針對單相和三相系統(tǒng)，似乎也有不同的方法，這邊只是介紹最簡單的過零檢測。其思想是：每檢測到一個(gè)從負(fù)到正（或是從正到負(fù)）的零點(diǎn)時(shí)，就意味著距離上次檢測到同樣的過零點(diǎn)已經(jīng)經(jīng)過了一個(gè)電網(wǎng)電壓周期的時(shí)間。通過計(jì)數(shù)這段時(shí)間，就知道了頻率，再以此時(shí)為初始，就知道后面每時(shí)每刻電網(wǎng)電壓的相位。

圖3 鎖相環(huán)實(shí)現(xiàn)原理

具體到DLL模塊中的程序?qū)崿F(xiàn)，由于PSIM是每過一個(gè)設(shè)定的時(shí)間步長進(jìn)一次DLL模塊，執(zhí)行里面的程序，而設(shè)定的仿真時(shí)間步長一般很短，比如10e-7s，實(shí)際不需要這么頻繁采集數(shù)據(jù)，更改占空比，所以一般可定義一個(gè)全局靜態(tài)變量來進(jìn)行計(jì)數(shù)，每經(jīng)過一個(gè)開關(guān)周期的時(shí)間再來更改一次占空比，而這個(gè)開關(guān)周期就可作為時(shí)間的基準(zhǔn)，也就相當(dāng)于單片機(jī)中的一個(gè)定時(shí)器。有了時(shí)間基準(zhǔn)后，可以計(jì)得一個(gè)電網(wǎng)電壓周期的數(shù)值（比如為M)，那么在后面第i個(gè)時(shí)刻我們就知道此時(shí)的電壓電壓的相位為（i/M*2Π）。

另一個(gè)問題是如何生成參考電流信號(hào)。就我目前的理解是，設(shè)定好我們需要的輸出功率，采集電網(wǎng)電壓有效值（具體做法可以查詢網(wǎng)上關(guān)于獲取電壓有效值的相關(guān)資料），就知道電流有效值為多少。舉例來說，在單位功率因數(shù)下，設(shè)定輸出功率為Po，輸出電壓有效值為Uo，那么我們的參考電流iref=1.414Po/Uosin(i/M*2Π）。

最后，要知道的是，象征電網(wǎng)電壓周期的計(jì)數(shù)值可能會(huì)每個(gè)周期變化一次（由于電網(wǎng)電壓頻率不一定是時(shí)時(shí)保持在50Hz），另外，過零檢測的缺點(diǎn)在于如果電網(wǎng)電壓發(fā)生畸變，比如在短時(shí)間內(nèi)有若干個(gè)過零點(diǎn)，那么我們獲得的頻率，相位就不一定準(zhǔn)確了。

三、進(jìn)網(wǎng)電流反饋及其實(shí)現(xiàn)

常見的PI控制器，由于跟蹤的是交流信號(hào)，所以效果不會(huì)特別好~~（我自個(gè)還不太懂原因是啥，嘻嘻）~~ ，后面學(xué)者們又提出了新的PR控制器。但是PR控制器比較復(fù)雜，而且PI控制器加上電網(wǎng)電壓前饋控制后，進(jìn)網(wǎng)電流的質(zhì)量已經(jīng)足夠（前饋控制請自行百度了解），所以這里采用PI控制器。

而這里需要介紹的就是如何將其利用程序?qū)崿F(xiàn)。在matlab中可以直接添加傳遞函數(shù)模塊，而在DLL模塊中，我們需要編寫c代碼，就要將其離散化。據(jù)徐德鴻教授的《電力電子系統(tǒng)建模及控制》一書介紹，將模擬控制器離散化主要有三種方法：沖激響應(yīng)不變法，階躍響應(yīng)不變法，雙線性變換法。而通過沖激響應(yīng)不變法得到的PI方程如下：

圖4 PI控制器離散化

四、開關(guān)管的調(diào)制策略及其實(shí)現(xiàn)

學(xué)習(xí)“電力電子技術(shù)”課程的時(shí)候我們已經(jīng)知道，SPWM的調(diào)制方法主要有雙極性調(diào)制和單極性調(diào)制。

圖5

具體的原理想必大家都已經(jīng)清楚了，那么我們要了解的就是，在使用規(guī)則采樣法確定開關(guān)管的通斷時(shí)長時(shí)，每個(gè)開關(guān)周期中，占空比D=ur/Utri（其中ur為信號(hào)波的實(shí)時(shí)值，Utri為三角波的峰值）

圖6

圖7

具體到代碼實(shí)現(xiàn)時(shí)，前文提到的電流反饋輸出的值就相當(dāng)于調(diào)制波，而如果設(shè)定三角波峰值為1，那么占空比就等于調(diào)制波。

接下來介紹兩種不同的單極性調(diào)制方式，文字繁瑣，代碼如下：

//這邊四個(gè)管子都是高頻管if(D>0){out[0]=1;out[1]=0;if(T1<=D*b){out[2]=0;out[3]=1;}else{out[2]=1;out[3]=0;}}if(D<=0){out[2]=1;out[3]=0;if(T1<=(fabs(D))*b){out[0]=0;out[1]=1;}else{out[0]=1;out[1]=0;}} //這邊將1，2作為低頻管，3，4作為高頻管使用if(D>0){out[0]=1;out[1]=0;if(T1<=D*b){out[2]=0;out[3]=1;}else{out[2]=1;out[3]=0;}}if(D<=0){out[0]=0;out[1]=1;if(T1<=(fabs(D))*b){out[2]=1;out[3]=0;}else{out[2]=0;out[3]=1;}}//place your code here......end }

解釋：out[0]-out[3]分別對應(yīng)開關(guān)管1-4的柵極；D為占空比；T1為當(dāng)前計(jì)數(shù)值，每一個(gè)開關(guān)周期清零一次；b為一個(gè)開關(guān)周期所花費(fèi)的計(jì)數(shù)值。

主要參考資料：
1，王兆安等，《電力電子技術(shù)》；
2，屈艾文，陳道煉，PSIM仿真軟件及其在電力電子變換器仿真中的應(yīng)用；
3，鮑陳磊，阮新波，王學(xué)華，潘冬華，李巍巍，翁凱雷，基于PI調(diào)節(jié)器和電容電流反饋有源阻尼的LCL型并網(wǎng)逆變器閉環(huán)參數(shù)設(shè)計(jì)；
4，趙清林，郭小強(qiáng)，鄔偉揚(yáng)，單相逆變器并網(wǎng)控制技術(shù)研究；
5，徐德鴻，《電力電子系統(tǒng)建模及控制》；
6，起個(gè)名字老重復(fù)，鎖相環(huán)你知多少？30分鐘帶你玩轉(zhuǎn)鎖相環(huán)（單相三相鎖相環(huán)）

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的基于PSIM及其DLL模块的单相全桥并网逆变器仿真的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯(cuò)，歡迎將生活随笔推薦給好友。