分布式电源并网逆变器系统的设计

　　1分布式电源并网逆变器系统设计

　　1．1 DC-DC变换器

　　DC-DC变换器是通过半导体阀器件的开关动作将直流电压先变为交流电压，经整流后又变为极性和电压值不同的直流电压的电路，这里要阐述的是中间经过变压器耦合的直流间接变换电路。DC-DC变换器在将直流电压变换为交流电压时频率是任意可选的，因此使用高频变压器能使变压器和电感等磁性元件和平波用电容器小型轻量化。如今，随着半导体阀器件的进步，输出功率为100 W以上的电源实际上采用的开关频率都在20～500 kHz范围内，MHz级高频变换器也在开发研究之中。而且，通过变换频率的高频化，可以使平波用电容的容量减小，从而能够使用陶瓷电容等高可靠性的元件。而且，本文在举例阐述动作原理是采用双极功率晶体管、IGBT、MOSFET等开通关断可控的器件作为直流电压变换为交流电压的半导体阀器件，使用最多的还是MOSFET。

　　1．2 直流母线电压PID控制器设计

　　作为直流母线400 V电压必须具有一定的稳定性，不应该随着负载的变化或电池电压的改变而产生波动。因此必然需要用到反馈的概念。反馈理论的要素包括三个部分：测量、比较和执行。测量关心的变量，与期望值相比较，用这个误差纠正调节控制系统的响应。由于PID控制器可以实现无差调节，其优异的动态稳态特性，以及方便灵活的参数整定方法，因此在逆变并网器中直流母线的电压控制选择PID控制算法。

　　在闭环控制系统里，将调节器置于纯比例作用下，从小到大逐渐改变调节器的比例系数，得到等幅振荡的过渡过程。此时的比例系数称为临界比例系数Ku，相邻两个波峰间的时间间隔，称为临界振荡周期Tu。

　　临界比例度法步骤：

　　（1）将调节器的积分时间置于最大（TI=∞），微分时间置零（TD=0），比例系数KP适当，平衡操作一段时间，把系统投入自动运行。

　　（2）将比例系数KP逐渐增大，得到等幅振荡过程，记下临界比例系数Ku和临界振荡周期Tu值。

　　（3）根据Ku和Tu值，采用经验公式，计算出调节器各个参数，即KP，TI和TD的值。

　　1．3 逆变并网锁相环设计

　　锁相环分为模拟锁相环和数字环锁相。模拟锁相环在电路可靠性、稳定性和集成度方面有着不可克服的缺陷：数字锁相环又分为由数字逻辑器件构成的全数字逻辑锁相环和基于DSP的软件锁相环。全数字逻辑锁相环路由逻辑器件构成。

　　为了实现对电网电压（SIGNAL）周期和相位的采样，这里利用了一个迟滞比较器把信号源的模拟采样信号（SIGNAL）整形为矩形波（TO_DSP）然后通过TMS320F28X的捕获单元得到电网电压的频率和相位信息。在设计中应当注意的是，由于软件是通过电网电压的上升沿来获得周期和相位信息的，因此在硬件的设计上应当保证电网电压的过零点和正弦波整形得到的矩形波的上升沿保持一致（即不能有延时），这就要求计算迟滞比较器的上限触发电平U+为0 V。