基于dsPIC的限频式滞环控制单相并网逆变系统设计

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1 引言

  传统化石燃料的短缺,以及使用时带来的全球性环境污染与气候改变,已经危及到大多数生物物种乃至人类自身的生存,对可再生新能源、清洁能源的开发利用已经得到世界各国的重视[1]。将新能源和可再生能源经发电系统发出电能再输送到电网上,需要经过接口装置并网逆变器。因此并网逆变器的性能直接影响了能源的利用率和电网电能的清洁度。并网逆变器的性能关键在于控制技术的优劣。采用正弦波电流波形控制技术的电压型并网逆变器由于使网侧电流正弦化,可以运行于单位功率因数,并且电流波形畸变小、谐波含量低,具有优良的动静态控制性能,实现了能源的清洁变换,在单相电压型并网逆变系统中使用广泛。

  本文介绍了一种基于限频式滞环电流控制的双闭环单相并网逆变系统,以解决传统滞环控制频率不固定的问题。本文使用microchip公司出产的高性价比微控制器dspic30f2010作为单相电压型并网逆变器的控制单元,以获得优良的控制性能,相对于目前应用广泛的微处理器控制,降低了系统的成本。

2 单相并网逆变系统结构与原理  

        单相电压型并网逆变系统主电路采用pwm调制方式控制能量流动,因此又叫做pwm逆变器,模型如图1所示。pwm逆变器能工作于4个象限,能量能双向流动。以交流电网电动势矢量的终点为圆心,以交流侧电感电压矢量为半径作圆,得到pwm逆变器并网运行的矢量关系图,如图2所示。当控制交流侧电流矢量使其完全与电网电动势反相时如图2(b),pwm逆变器完全工作在有源逆变状态,成为并网逆变器[2]。为交流侧电压矢量,为交流侧电流矢量。

3 系统控制策略

  3.1双闭环控制

  并网逆变器的控制目标是控制逆变电路输出的交流电流为稳定的高质量与电网电压同频反相的正弦波[3]。本文的单相电压型并网逆变系统采用典型的电压电流双闭环控制策略[4]。其控制框图如图3所示。

  双闭环控制具有较好的动态特性和较强的抗扰动能力的优点。电压外环将采集的直流侧电压与基准电压ur比较,通过控制使直流侧电压保持在ur左右;其差值经pi调节放大后,与电网同步信号相乘得到电流基准信号,电流基准信号再与网侧采样的电流作差,通过滞环比较生成pwm信号,控制逆变桥式电路工作,使逆变器输出与电网电压反相的正弦波电流,实现逆变运行。

 

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