PTS-系列之PEK-500系列教學(xué)

PEK-510模塊之單相光伏并網(wǎng)逆變器PQ下垂控制

寫在前面的話

PQ下垂控制是一種基于電流和電壓的控制方法，通過測量負(fù)載的電流和電壓與設(shè)定的參考值進(jìn)行比較，然后根據(jù)比較結(jié)果來調(diào)整逆變器的輸出電流和電壓，使其滿足負(fù)載的需求，具體來說，當(dāng)負(fù)載的功率需求增加時(shí)，逆變器會增加輸出電流和電壓；當(dāng)負(fù)載的功率需求減少時(shí)，逆變器會減小輸出電流和電壓；PQ控制具有較好的穩(wěn)定性和響應(yīng)速度，具有精確性高、效率高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用。本節(jié)通過PKE-510單相光伏并網(wǎng)逆變器PQ控制功能進(jìn)行教學(xué)與分析，為老師提供相關(guān)實(shí)驗(yàn)與教學(xué)資源參考。

PEK-510

單相光伏并網(wǎng)逆變器

PEK-510模組介紹：

PEK-510 為單相光伏逆變器模組(Single Phase PV Inverter Module)，模組實(shí)物照片如圖1 所示，主要兩級組成，前級為升壓式轉(zhuǎn)換器(Boost Converter)，后級為單相全橋逆變器(Single Phase Inverter)，同時(shí)還具有主要變量的檢測和DSP控制功能部分。該模組實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菫槭褂谜咛峁┗贒SP控制的電力變換器學(xué)習(xí)平臺，即借助 PSIM 軟件完成仿真和實(shí)驗(yàn)。第一實(shí)驗(yàn)者可以在PSIM上建立模擬（連續(xù)）仿真電路，以學(xué)習(xí)電力變換器的原理、分析和功能設(shè)計(jì)；第二將電力變換器的控制轉(zhuǎn)化去數(shù)字（離散）仿真部分，進(jìn)行仿真研學(xué)；第三借助DSP芯片內(nèi)部所具有的A/D轉(zhuǎn)化器、數(shù)據(jù)處理和PWM信號生成功能，再次進(jìn)行數(shù)字（離散）仿真；第四通過PSIM 之 C代碼生成功能，將控制部分生成C代碼；最后將生成的C代碼下載于PEK-510的DSP之中，以備實(shí)物實(shí)驗(yàn)。這樣設(shè)計(jì)的最大優(yōu)點(diǎn)方便實(shí)驗(yàn)者能夠快速完成DSP對變換器主電路的控制。

進(jìn)行實(shí)驗(yàn)除需要PEK-510 模組外，仍需配置PEK-005A(輔助電源)和 PEK-006 (JTAG 下載器)等，并在 PTS-5000 的實(shí)驗(yàn)平臺上完成。

PTS-5000 實(shí)驗(yàn)平臺

單相光伏并網(wǎng)逆變器PQ控制組成

單相光伏并網(wǎng)逆變器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成如圖3所示，即主要由DC電源、單相逆變電路、交流電源、檢測單元模塊和DSP數(shù)據(jù)采集、處理及PWM信號模塊組成。

圖3 單相光伏并網(wǎng)逆變器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

單相光伏并網(wǎng)逆變器PQ控制方案：

逆變器是微源與主網(wǎng)之間的接口，其功能在于控制輸出的有功和無功功率。PQ下垂控制即有功、無功給定控制，通過控制逆變器輸出電壓的幅值和相角來調(diào)節(jié)發(fā)出的有功和無功功率，當(dāng)輸出阻抗特性為純感性時(shí)，即

時(shí)，逆變器輸出的有功功率與逆變器功角

無功功率與母線電壓幅值Uo成一次函數(shù)關(guān)系（下垂特性）：

為了保持與電力系統(tǒng)的一致性及有功功率的準(zhǔn)確均分，可通過控制算法將分布式電源的等效電阻設(shè)為感性，即逆變器輸出的有功功率與逆變器功角

無功功率與母線電壓幅值 Uo 成一次函數(shù)關(guān)系。

圖4 下垂特性圖

圖5 PQ控制結(jié)構(gòu)示意圖

其中，Pref為有功額定值，Qref為無功額定值。圖中，有功分量和無功分量由外部給定功率參考值，其與測量到的電網(wǎng)交流側(cè)的有功、無功作差，經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器，來控制逆變器的相角和幅值，達(dá)到無差調(diào)節(jié)，使穩(wěn)態(tài)誤差為零，進(jìn)而達(dá)到控制輸出有功和無功的目的。另外，利用鎖相環(huán)（PLL）技術(shù)，可使得PQ控制的微電網(wǎng)逆變器能夠獲得頻率支撐。

實(shí)　驗(yàn)：

應(yīng)用PTS-5000完成光伏單相并網(wǎng)逆變器PQ控制，其連接線圖如圖5所示，交流電源APS-300設(shè)置為50Hz，相電壓40V，操作于1P2W模式下，參數(shù)設(shè)置如圖6所示，模擬光伏電源PSW160-7.2參數(shù)如：開路電壓為65V、短路電流2.7A、最大功率點(diǎn)電壓50V及最大功率點(diǎn)電流2.4A，設(shè)置如圖7所示。設(shè)定完畢后，通過SAS程式開啟PSW輸出，并開啟APS-300輸出，再將PEK-510開啟。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生電壓或頻率變化時(shí)，逆變器將根據(jù)當(dāng)前的狀況借由系統(tǒng)的PQ控制器調(diào)整功率（有功功率和無功功率實(shí)功或虛功）輸出。

圖6 實(shí)驗(yàn)接線圖

圖7 交流電源參數(shù)設(shè)置

圖8 模擬光伏PSW參數(shù)設(shè)置

有功功率控制（p- ω）

利用SAS（程式）程序輸出，逆變器輸出功率很快到達(dá)最大功率點(diǎn)，如圖8所示。

圖9 逆變輸出至最大功率點(diǎn)

在此條件下，將APS-300頻率調(diào)整為51Hz，此時(shí)PSM_Poset因ω的上升而下降，逆變器輸出功率PSM_Po隨之降低，當(dāng)系統(tǒng)不再以最大功率輸出時(shí)，則PV曲線必然偏離最大功率點(diǎn)以維持功率平衡，如圖9所示，反之亦然。

圖10 逆變輸出偏離最大功率點(diǎn)

無功功率控制（q-v）

APS-300輸出電壓40V，此時(shí)逆變器無功功率（無虛功）輸出，逆變輸出電壓PSM_Vs與逆變輸出電流PSM_Is無相位差，將APS-300輸出電壓調(diào)為36V，逆變器有無功功率(虛功)產(chǎn)生，PSM_Vs與PSM_Is有相位差產(chǎn)生，電流超前電壓。輸出電壓調(diào)整前后波形與相位差波形分別如圖16、17所示。反之亦然。

圖11　APS-300電壓設(shè)定調(diào)整

圖12　PSM_Vs與PSM_Is相位變化波形

結(jié)　論：

當(dāng)電網(wǎng)頻率上升時(shí)，逆變器會依據(jù)頻率變化的程度降低其輸出有功的大小，當(dāng)電網(wǎng)電壓變化時(shí)，逆變器會依據(jù)電壓變化調(diào)整其輸出無功的大小。