PTS-系列之PEK-500系列教學

PEK-510模塊之單相光伏并網逆變器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，通過測量負載的電流和電壓與設定的參考值進行比較，然后根據比較結果來調整逆變器的輸出電流和電壓，使其滿足負載的需求，具體來說，當負載的功率需求增加時，逆變器會增加輸出電流和電壓；當負載的功率需求減少時，逆變器會減小輸出電流和電壓；PQ控制具有較好的穩定性和響應速度，具有精確性高、效率高、穩定性好等優點，在光伏并網系統中具有廣泛的應用。本節通過PKE-510單相光伏并網逆變器PQ控制功能進行教學與分析，為老師提供相關實驗與教學資源參考。

PEK-510

單相光伏并網逆變器

PEK-510模組介紹：

PEK-510 為單相光伏逆變器模組(Single Phase PV Inverter Module)，模組實物照片如圖1 所示，主要兩級組成，前級為升壓式轉換器(Boost Converter)，后級為單相全橋逆變器(Single Phase Inverter)，同時還具有主要變量的檢測和DSP控制功能部分。該模組實驗目的是為使用者提供基于DSP控制的電力變換器學習平臺，即借助 PSIM 軟件完成仿真和實驗。第一實驗者可以在PSIM上建立模擬（連續）仿真電路，以學習電力變換器的原理、分析和功能設計；第二將電力變換器的控制轉化去數字（離散）仿真部分，進行仿真研學；第三借助DSP芯片內部所具有的A/D轉化器、數據處理和PWM信號生成功能，再次進行數字（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，以備實物實驗。這樣設計的最大優點方便實驗者能夠快速完成DSP對變換器主電路的控制。

進行實驗除需要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 的實驗平臺上完成。

PTS-5000 實驗平臺

單相光伏并網逆變器PQ控制組成

單相光伏并網逆變器實驗系統組成如圖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數據采集、處理及PWM信號模塊組成。

圖3 單相光伏并網逆變器實驗系統

單相光伏并網逆變器PQ控制方案：

逆變器是微源與主網之間的接口，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節發出的有功和無功功率，當輸出阻抗特性為純感性時，即

時，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成一次函數關系（下垂特性）：

為了保持與電力系統的一致性及有功功率的準確均分，可通過控制算法將分布式電源的等效電阻設為感性，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 成一次函數關系。

圖4 下垂特性圖

圖5 PQ控制結構示意圖

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，其與測量到的電網交流側的有功、無功作差，經過PI調節器，來控制逆變器的相角和幅值，達到無差調節，使穩態誤差為零，進而達到控制輸出有功和無功的目的。另外，利用鎖相環（PLL）技術，可使得PQ控制的微電網逆變器能夠獲得頻率支撐。

實　驗：

應用PTS-5000完成光伏單相并網逆變器PQ控制，其連接線圖如圖5所示，交流電源APS-300設置為50Hz，相電壓40V，操作于1P2W模式下，參數設置如圖6所示，模擬光伏電源PSW160-7.2參數如：開路電壓為65V、短路電流2.7A、最大功率點電壓50V及最大功率點電流2.4A，設置如圖7所示。設定完畢后，通過SAS程式開啟PSW輸出，并開啟APS-300輸出，再將PEK-510開啟。當電網發生電壓或頻率變化時，逆變器將根據當前的狀況借由系統的PQ控制器調整功率（有功功率和無功功率實功或虛功）輸出。

圖6 實驗接線圖

圖7 交流電源參數設置

圖8 模擬光伏PSW參數設置

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最大功率點，如圖8所示。

圖9 逆變輸出至最大功率點

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

圖10 逆變輸出偏離最大功率點

無功功率控制（q-v）

APS-300輸出電壓40V，此時逆變器無功功率（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輸出電壓調為36V，逆變器有無功功率(虛功)產生，PSM_Vs與PSM_Is有相位差產生，電流超前電壓。輸出電壓調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電壓設定調整

圖12　PSM_Vs與PSM_Is相位變化波形

結　論：

當電網頻率上升時，逆變器會依據頻率變化的程度降低其輸出有功的大小，當電網電壓變化時，逆變器會依據電壓變化調整其輸出無功的大小。