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

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。

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。

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。