微電網(wǎng)模擬系統(tǒng)

摘 要：本系統(tǒng)分為兩個(gè)三相逆變系統(tǒng)，逆變器 1 采用軟件生成三相 spwm 波，通過(guò)IR2110 驅(qū)動(dòng) MOS 管，最后通過(guò) LC 濾波產(chǎn)生三相正弦波，通過(guò)電壓傳感器反饋輸出交流的有效值給單片機(jī)，軟件通過(guò)采樣得到的有效值進(jìn)行 PID 控制算法，來(lái)控制 SPWM 波，達(dá)到穩(wěn)壓的目的。逆變器 2 電路主拓?fù)渑c逆變器一樣，控制方法采用了硬件三相滯環(huán)比較型電流跟蹤法?？梢暂敵龊愣ǖ慕涣麟娏鳎ㄟ^(guò)采集逆變器 1 的電流波形，送入逆變器 2 控制系統(tǒng)的調(diào)制波輸入，逆變器 2 輸出電流就會(huì)跟蹤調(diào)制波的波形，達(dá)到同頻同相的目的，通過(guò)控制調(diào)制波的的放大系數(shù)，可以改變兩個(gè)逆變器的電流比，讓兩個(gè)逆變的電流比值恒定。

關(guān)鍵詞：三相逆變器;交流并聯(lián)供電;SPWM 控制;滯環(huán)跟蹤控制

Abstract：This system is divided into two three-phase inverter system，inverter 1 three-phase SPWM wave by software，driven by IR2110 MOS tube，at last，through the LC filter produces three-phase sine wave，the RMS values of the output voltage sensor feedback communication to the single-chip microcomputer，software is obtained by sampling the RMS values of the PID control algorithm，to control the SPWM wave，achieve the goal of voltage regulator.The main topology of inverter 2 circuit is the same as that of inverter.Can output the constant alternating current，by collecting the current waveform of inverter 1，into the inverter control system of 2 modulation wave input，inverter output current will be 2 tracking modulation waveform，achieve the purpose of of the same frequency and phase，by controlling the modulation wave amplification coefficient，can change the current ratio of two inverter，let two inverter constant current ratio.

Key words：three-phase inverter;Ac parallel power supply;SPWM control;Hysteresis tracking control

1 系統(tǒng)方案

對(duì)競(jìng)賽題目進(jìn)行分析，由于題目要求逆變器輸出線電壓的負(fù)載調(diào)整率低于 0.3%，可見(jiàn)逆變器并聯(lián)供電的時(shí)候必須保證輸出線電壓恒定。另一方面，題目要求兩個(gè)逆變器在輸出時(shí)能夠做到功率分配的控制，也就說(shuō)明逆變器必須也能夠有效地控制各自的輸出電流。需要同時(shí)實(shí)現(xiàn)并聯(lián)系統(tǒng)三相輸出的恒壓和各逆變器的恒流控制，是本次競(jìng)賽題目的難點(diǎn)所在。下面則針對(duì)于本題的要求，對(duì)控制方法的方案設(shè)計(jì)進(jìn)行討論。

控制方法的論證與選擇

為了解決題目要求的對(duì)輸出線電壓的恒壓控制，并做到對(duì)各個(gè)逆變器的恒流控制，可以考慮對(duì)兩個(gè)逆變器采用不同的控制策略。對(duì)逆變器 1 做恒定線電壓的閉環(huán)控制，在負(fù)載不變的情況下，并聯(lián)系統(tǒng)輸出的總電流是恒定的。在此基礎(chǔ)上，對(duì)逆變器 2 做恒流并網(wǎng)控制，將逆變器 1 的輸出視為主電網(wǎng)，控制逆變器 2 的輸出并網(wǎng)電流恒定。那么只要使得逆變器 2 的給定電流與總電流之間保持一定的比例關(guān)系，就可以保證逆變器 1 和逆變器 2 的輸出電流能夠按照設(shè)定的比例分配。

但是對(duì)于兩個(gè)逆變器的控制方案，也有多種選擇，下面分開(kāi)進(jìn)行討論：

方案一：采用單片機(jī)控制兩個(gè)逆變器，在輸出進(jìn)行反饋兩路電壓電流信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)，采用 PID 算法控制定時(shí)器輸出占空比，從而控制輸出電流和電壓，方法簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。但是由于此題是屬于并聯(lián)供電系統(tǒng)，而單片機(jī)輸出 PWM 占空比精度有限，可能導(dǎo)致兩個(gè)逆變器之間壓差過(guò)高，導(dǎo)致電流過(guò)大，或者導(dǎo)致輸出電流不精準(zhǔn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象。

方案二：采用硬件控制方法，利用 DAC 產(chǎn)生 3 路相差互為 120 度的正弦調(diào)制波，逆變控制采用硬件反饋控制，輸入需要調(diào)制波形，逆變輸出就會(huì)跟隨調(diào)制波形成比例輸出。但是這樣需要采集兩路的電流有效值，通過(guò)控制 DAC 調(diào)制波的幅值，來(lái)控制逆變輸出電流，通過(guò)兩路測(cè)得的逆變輸出電流有效值，來(lái)調(diào)整逆變輸出電流比例。由于是硬件控制，所以控制速度夠快，控制精度也能很高。

方案三：在兩個(gè)逆變器的控制中，對(duì)逆變器 1 的恒壓控制，通過(guò)采樣并聯(lián)系統(tǒng)輸出線電壓作為反饋，而采用數(shù)字 PID 對(duì)逆變器輸出的線電壓有效值進(jìn)行閉環(huán)控制。而對(duì)于逆變器 2 的恒流并網(wǎng)控制，采用三相電流跟蹤控制，而各相跟蹤的參考信號(hào)，則通過(guò)采樣逆變器 1 對(duì)應(yīng)相輸出的線電流輸出獲得。這樣通過(guò)設(shè)置采樣回路上的放大系數(shù)，就可以控制逆變器 2 的輸出線電流保持與逆變器 1 相應(yīng)線電流的比例關(guān)系。同時(shí)，由于逆變器 1 采用的是有效值閉環(huán)控制，所以其慣性系數(shù)大，更接近于電網(wǎng)慣性大的特點(diǎn)。而逆變器 2 采用瞬時(shí)值跟蹤控制，慣性系數(shù)小，能夠快速的對(duì)負(fù)載變化做出響應(yīng)，提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。

方案二與方案三都是采用了硬件控制，理想效果也差不多，方案二需要 3 路 DAC，現(xiàn)有的單片機(jī)中內(nèi)置 DAC 通道不夠，需要另外外加 DAC，需要采集電流有效值，需要軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與控制。但是相比于方案二，方案三只需要三個(gè)電流互感器和三個(gè)放大器，就可以完成電流逆變輸出的同頻、同相、同比例。

綜合以上分析，選擇方案三。

結(jié)語(yǔ)

微電網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，易于實(shí)踐便于二次開(kāi)發(fā)。SPWM逆變電源的核心采用STM32單片機(jī)控制，提高了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，同時(shí)加強(qiáng)了智能控制，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路，控制電路具有較高的穩(wěn)定性和可靠性，有一定的實(shí)用價(jià)值。

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作者簡(jiǎn)介：

姓名：莊曉洋，學(xué)校：長(zhǎng)沙理工大學(xué)，院系：電氣與信息工程學(xué)院，專(zhuān)業(yè)：電子信息工程，年級(jí)：2016級(jí)，學(xué)號(hào)：201657050232，指導(dǎo)老師：黃亞飛