這兩年分布式光伏裝機(jī)量漲得很快10kW這個(gè)量級(jí)差不多是普通屋頂電站的常見(jiàn)配置也是很多初學(xué)者拿來(lái)練手的第一套完整并網(wǎng)系統(tǒng)。并網(wǎng)逆變器控制的核心說(shuō)到底就一件事把光伏板送進(jìn)來(lái)的直流功率干干凈凈地變換成跟電網(wǎng)電壓同步的交流功率。這里面的看點(diǎn)不在硬件多貴而在控制環(huán)路怎么設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的電壓外環(huán)加電流內(nèi)環(huán)雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)看起來(lái)老掉牙卻是理解并網(wǎng)控制的鑰匙。這篇文章就圍繞一臺(tái)10kW單相兩級(jí)式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)展開(kāi)把系統(tǒng)設(shè)計(jì)、雙閉環(huán)工作原理、PI參數(shù)整定方法以及從仿真到樣機(jī)調(diào)試過(guò)程中踩過(guò)的坑全部過(guò)一遍。不管你是剛?cè)腴T(mén)的電力電子工程師還是正在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的研究生或者想把手頭“能轉(zhuǎn)”的逆變器改造成“能并網(wǎng)”的樣機(jī)這套思路都能直接套用。文章里的參數(shù)都是可以落地的不是紙上談兵但我也盡量把為什么這么設(shè)計(jì)講清楚免得大家只會(huì)抄參數(shù)不會(huì)改參數(shù)。1. 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)10kW的參數(shù)怎么定下來(lái)的1.1 拓?fù)溥x擇兩級(jí)式為什么是主流光伏并網(wǎng)逆變器的拓?fù)浞桨复笾路謨深?lèi)單級(jí)式和兩級(jí)式。單級(jí)式直接把光伏陣列接到逆變橋母線電壓就是光伏電壓結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率略高但要求光伏組串電壓足夠高并且MPPT范圍受并網(wǎng)電壓牽制光照和溫度變化時(shí)最大功率點(diǎn)電壓波動(dòng)一大并網(wǎng)質(zhì)量就難保證。兩級(jí)式則在前級(jí)加一個(gè)Boost升壓電路后級(jí)再接逆變橋。10kW這個(gè)功率等級(jí)我推薦兩級(jí)式原因很直接前級(jí)Boost可以把光伏輸入電壓從200V到400V的寬范圍都抬升到穩(wěn)定的400V直流母線后級(jí)逆變橋只負(fù)責(zé)把穩(wěn)定的直流變成交流控制解耦。MPPT在Boost側(cè)做并網(wǎng)電流控制在后級(jí)做各管一攤調(diào)試的時(shí)候也方便單獨(dú)驗(yàn)證。成本上多了一路開(kāi)關(guān)管和電感但換來(lái)的是魯棒性和調(diào)試便利性值。1.2 關(guān)鍵電氣參數(shù)的數(shù)據(jù)推演先把幾個(gè)基本參數(shù)算清楚后面設(shè)計(jì)環(huán)路全要依賴(lài)這些數(shù)。假設(shè)系統(tǒng)額定功率10kW并網(wǎng)電壓220V交流功率因數(shù)1。并網(wǎng)電流有效值I 10000 / 220 ≈ 45.5A并網(wǎng)電流峰值I_peak ≈ 45.5 × 1.414 ≈ 64A這兩個(gè)數(shù)決定了開(kāi)關(guān)管選型。IGBT的電流規(guī)格要留出過(guò)載和紋波余量按1.5到2倍裕量來(lái)選75A規(guī)格會(huì)略緊建議直接用100A/600V的管子。600V電壓等級(jí)是針對(duì)母線400V留出的經(jīng)驗(yàn)值開(kāi)關(guān)管關(guān)斷瞬間的尖峰通常會(huì)到450V上下再疊加雪崩余量600V是最穩(wěn)妥的入門(mén)選擇。然后是直流母線電壓。10kW單相系統(tǒng)把母線穩(wěn)壓在400V是個(gè)平衡點(diǎn)太低則并網(wǎng)電流需要更大太低則調(diào)制比受限。單相220V峰值是311V母線400V時(shí)調(diào)制比在0.78附近既有足夠的線性調(diào)制區(qū)間做電流控制又不會(huì)讓開(kāi)關(guān)管電壓應(yīng)力過(guò)高。如果是三相380V系統(tǒng)10kW折算下來(lái)每相電流只有15A左右器件選型會(huì)輕松很多但雙閉環(huán)的控制框架不變只是坐標(biāo)變換換成了三相Clark/Park。本文討論的單相系統(tǒng)在dq和PR控制上更有代表性所以以單相為主線。1.3 電感與母線電容的取值邏輯交流側(cè)電感L不是拍腦袋定的它同時(shí)影響高頻紋波電流和電流環(huán)控制帶寬。工程上首先看紋波約束單極性SPWM調(diào)制下電感上的高頻紋波電流近似滿足 ΔI ≈ Vdc / (8 × L × fsw)。設(shè)定開(kāi)關(guān)頻率fsw為16kHz紋波電流取額定峰值電流的20%左右也就是12.8A以?xún)?nèi)。反解出來(lái)L至少要244μH這個(gè)值只保證紋波不大但實(shí)際工程中電感的取值一般在2到3mH。為什么比理論下限大這么多因?yàn)殡姼羞€承擔(dān)著抑制低次諧波和提供電流環(huán)可控性的角色。電感越大電流環(huán)對(duì)電網(wǎng)電壓擾動(dòng)的抑制能力越強(qiáng)但電感太大會(huì)讓電流跟蹤變慢、體積變重、壓降損耗也變大。在我這個(gè)10kW系統(tǒng)里選2.5mH是一個(gè)綜合權(quán)衡的結(jié)果紋波電流約6A上下電流環(huán)帶寬做到1kHz沒(méi)有問(wèn)題電感壓降在工頻下約2.5mH × 314 × 45.5 ≈ 35.7V占額定電壓16%左右可以接受。母線電容的選擇有個(gè)更值得關(guān)注的約束。單相系統(tǒng)有一個(gè)固有毛病瞬時(shí)功率以?xún)杀豆ゎl脈動(dòng)也就是100Hz的功率波動(dòng)。這個(gè)波動(dòng)會(huì)直接體現(xiàn)在母線電壓上電容越小脈動(dòng)越大。按允許母線電壓紋波ΔV在10V左右來(lái)算工程簡(jiǎn)化公式是C ≥ P / (2 × ω × Vdc × ΔV)代入P10000Wω2π×50≈314Vdc400VΔV10V得到C≥3980μF。所以我這里的母線電容選了4000μF實(shí)際取了4個(gè)1000μF電解電容并聯(lián)。這個(gè)容量確實(shí)不小但這是單相系統(tǒng)保證母線電壓質(zhì)量和后級(jí)控制穩(wěn)定性必須付出的代價(jià)。如果母線紋波要求放寬到20V電容可以降到2000μF動(dòng)態(tài)會(huì)變差電壓外環(huán)調(diào)起來(lái)難度也更大。2. 雙閉環(huán)到底在控制什么電壓環(huán)和電流環(huán)的分工2.1 雙環(huán)的物理邏輯為什么不能只用一個(gè)環(huán)很多人第一次看到電壓電流雙閉環(huán)會(huì)問(wèn)直接控制并網(wǎng)電流不就行了為什么前面還要套一個(gè)電壓環(huán)答案是并網(wǎng)電流不是你想給多少就多少電流的幅值必須由功率平衡關(guān)系決定而母線電壓就是功率平衡的表象?？梢赃@樣理解Boost從光伏板抽進(jìn)來(lái)的功率和逆變器饋入電網(wǎng)的功率如果兩者不等差額就會(huì)灌進(jìn)母線電容母線電壓隨之上升或下降。我們要保持母線電壓穩(wěn)定就需要知道“系統(tǒng)現(xiàn)在該向電網(wǎng)送多少功率”這個(gè)判斷只能從母線電壓誤差里讀出來(lái)。電壓環(huán)就是那個(gè)“功率平衡調(diào)度器”它把母線電壓偏差換算成一個(gè)電流幅值指令電流內(nèi)環(huán)則像一個(gè)“精確執(zhí)行器”負(fù)責(zé)讓實(shí)際并網(wǎng)電流嚴(yán)格跟蹤這個(gè)指令。外環(huán)慢、內(nèi)環(huán)快時(shí)間尺度錯(cuò)開(kāi)系統(tǒng)才能穩(wěn)定。只用電壓環(huán)直接控制PWM電流會(huì)失去直接約束電感電流一個(gè)浪涌就可能觸發(fā)過(guò)流保護(hù)只用電流環(huán)不給幅值指令來(lái)源系統(tǒng)也沒(méi)有自我調(diào)節(jié)能力。2.2 電壓外環(huán)在具體實(shí)現(xiàn)里做了什么電壓外環(huán)的輸入非常簡(jiǎn)單母線電壓參考值Vdc_ref減去母線電壓反饋Vdc誤差進(jìn)PI輸出為并網(wǎng)電流指令的幅值I_ref。注意這個(gè)幅值是一個(gè)帶符號(hào)的量正值表示向電網(wǎng)饋電負(fù)值表示從電網(wǎng)吸收方向由系統(tǒng)工作模式?jīng)Q定。在普通戶(hù)用光伏場(chǎng)景里默認(rèn)只饋電但遇到防逆流需求時(shí)這個(gè)符號(hào)邏輯就是切換的關(guān)鍵。MPPT是在Boost側(cè)獨(dú)立實(shí)現(xiàn)的常見(jiàn)擾動(dòng)觀察法它的輸出是光伏板的電壓參考值并不直接生成并網(wǎng)功率指令。真正的功率指令鏈路是MPPT改變光伏工作點(diǎn) → Boost輸入功率變化 → 母線電壓跟著變化 → 電壓外環(huán)感知到誤差并調(diào)整I_ref → 電流內(nèi)環(huán)改變饋網(wǎng)功率。這個(gè)鏈路每一環(huán)都有動(dòng)態(tài)過(guò)程電壓外環(huán)帶寬必須選得足夠低否則會(huì)影響整條鏈路的穩(wěn)定性。電壓外環(huán)還有一個(gè)容易忽略的點(diǎn)母線電壓反饋上帶著100Hz紋波。如果直接把帶紋波的母線電壓送進(jìn)電壓環(huán)PI輸出就會(huì)被100Hz分量污染電流指令會(huì)跟著抖動(dòng)并網(wǎng)電流里就會(huì)出現(xiàn)2次、3次諧波。解決辦法一般有兩種一是電壓反饋通道加100Hz陷波器見(jiàn)效快但會(huì)犧牲一點(diǎn)動(dòng)態(tài)二是把電壓采樣點(diǎn)同步在電網(wǎng)電壓過(guò)零點(diǎn)附近利用瞬時(shí)值近似平均值這個(gè)辦法在數(shù)字控制里很實(shí)用我實(shí)際調(diào)試時(shí)兩種都試過(guò)推薦陷波器加同步采樣雙保險(xiǎn)。2.3 電流內(nèi)環(huán)怎么跟蹤正弦指令電流內(nèi)環(huán)的任務(wù)是把實(shí)際并網(wǎng)電流快速、準(zhǔn)確地跟蹤到指令正弦波上。指令正弦波是I_ref乘以鎖相環(huán)輸出的單位正弦信號(hào)得到的i_ref(t)I_ref×sin(θ)。PI控制器在交流跟蹤上有個(gè)經(jīng)典問(wèn)題對(duì)正弦參考信號(hào)普通PI會(huì)存在幅值和相位穩(wěn)態(tài)誤差比例系數(shù)越大誤差越小但噪聲也越大。所以單相系統(tǒng)里要么用PR諧振控制器要么用SOGI構(gòu)造虛擬正交相再做同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換把交流量變成直流量PI即可無(wú)差跟蹤。我采用的是SOGI加dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)方案。SOGI生成一組正交信號(hào)αβ然后通過(guò)Park變換得到dq軸分量。有功電流對(duì)應(yīng)d軸無(wú)功電流對(duì)應(yīng)q軸。并網(wǎng)功率因數(shù)為1時(shí)q軸參考給0如果以后要接儲(chǔ)能或者參與無(wú)功調(diào)節(jié)只需要把q軸參考值設(shè)成目標(biāo)無(wú)功對(duì)應(yīng)的電流即可。電流內(nèi)環(huán)兩個(gè)PI分別調(diào)節(jié)d、q軸電流輸出經(jīng)過(guò)反Park變換得到調(diào)制波再加電網(wǎng)電壓前饋?zhàn)罱K送SPWM調(diào)制器。電流內(nèi)環(huán)的時(shí)間常數(shù)很小一般在毫秒級(jí)甚至微秒級(jí)所以它可以在電網(wǎng)電壓波動(dòng)、負(fù)載突變時(shí)快速響應(yīng)保證電感電流不失控。內(nèi)環(huán)PI的輸出要限幅限制調(diào)制比不越過(guò)過(guò)調(diào)制邊界這個(gè)限幅和抗積分飽和是必須做的工程里很多振蕩都和積分飽和有關(guān)。2.4 鎖相環(huán)與電網(wǎng)電壓前饋容易被低估的配角鎖相環(huán)的責(zé)任是輸出一個(gè)與電網(wǎng)電壓同頻同相的相位θ。dq變換里所有的sin和cos都來(lái)自θ鎖相環(huán)不準(zhǔn)電流指令就不準(zhǔn)并網(wǎng)電流會(huì)出現(xiàn)相位偏差功率因數(shù)掉下來(lái)嚴(yán)重的還會(huì)在并網(wǎng)瞬間產(chǎn)生沖擊電流。單相系統(tǒng)里我用SRF-PLL配合SOGI鎖相環(huán)PI帶寬取10到20Hz這個(gè)帶寬不能太高否則電網(wǎng)電壓畸變會(huì)干擾鎖相結(jié)果。電網(wǎng)電壓前饋的作用則更加直接。不考前饋時(shí)電流環(huán)要克服電網(wǎng)電壓這個(gè)擾動(dòng)靠的是PI積分慢慢消除誤差動(dòng)態(tài)響應(yīng)再快也有幾十毫秒級(jí)別的滯后。加了前饋后電流環(huán)PI的輸出直接疊加電網(wǎng)電壓瞬時(shí)值作為調(diào)制波基準(zhǔn)相當(dāng)于讓系統(tǒng)“預(yù)知”了電網(wǎng)電壓抗擾能力大幅提升。前饋系數(shù)工程上通常取接近1但要注意實(shí)際采樣到的是經(jīng)過(guò)傳感器、調(diào)理電路后的縮放值系數(shù)必須按標(biāo)幺化后的比例校準(zhǔn)。3. 環(huán)路整定與仿真調(diào)試參數(shù)是怎么算出來(lái)又調(diào)出來(lái)的3.1 電流內(nèi)環(huán)的PI設(shè)計(jì)思路電流內(nèi)環(huán)的設(shè)計(jì)可以從被控對(duì)象傳函出發(fā)。忽略電感電阻和死區(qū)非線性時(shí)電感電流對(duì)逆變橋輸出電壓的傳遞函數(shù)近似為1/(Ls)也就是一個(gè)積分環(huán)節(jié)。PI參數(shù)整定最簡(jiǎn)單的辦法是基于期望帶寬。假設(shè)期望電流環(huán)截止頻率fci取1kHz對(duì)應(yīng)角頻率ωci≈6283 rad/s那么比例系數(shù)Kp的參考值可以取L×ωci即2.5mH×6283≈15.7。這個(gè)值代表的是“讓環(huán)路在截止頻率處增益為1所需的增益”工程上很實(shí)用。積分系數(shù)Ki參考值可以按Kp×R/L來(lái)取R是電感寄生電阻通常在0.1Ω級(jí)別算出來(lái)很小實(shí)際使用時(shí)積分增益還是要靠仿真和實(shí)驗(yàn)往上加。原因在于數(shù)字控制存在一拍延遲和采樣保持純按連續(xù)域算出來(lái)的Ki往往偏軟。我的做法是在離散域仿真里從Kp15、Ki500起步逐步觀察電流波形最終調(diào)到Kp20、Ki800附近。這個(gè)參數(shù)在2.5mH電感、16kHz開(kāi)關(guān)頻率、10kW功率等級(jí)下表現(xiàn)穩(wěn)定。電流環(huán)帶寬不是越高越好。內(nèi)環(huán)帶寬受到開(kāi)關(guān)頻率的硬限制一般取開(kāi)關(guān)頻率的1/10到1/5也就是1.6k到3.2kHz再高就會(huì)逼近采樣和控制延遲的相位裕度極限。我留了1kHz的帶寬設(shè)計(jì)值對(duì)并網(wǎng)應(yīng)用足夠了這個(gè)帶寬讓內(nèi)環(huán)響應(yīng)時(shí)間是0.16ms左右遠(yuǎn)快于外環(huán)完全滿足內(nèi)外環(huán)時(shí)間尺度分離的要求。3.2 電壓外環(huán)的PI設(shè)計(jì)思路電壓外環(huán)的被控對(duì)象近似是母線電容傳函為1/(Cs)也是積分特性。關(guān)鍵約束是外環(huán)帶寬必須明顯低于內(nèi)環(huán)同時(shí)要避開(kāi)100Hz母線紋波。內(nèi)環(huán)帶寬1kHz外環(huán)帶寬取50Hz大約等于內(nèi)環(huán)的1/20這個(gè)比例保證了內(nèi)外環(huán)不會(huì)互相干擾。按ωcv2π×50≈314 rad/s計(jì)算Kp參考值是C×ωcvC4000μF算出來(lái)Kp_v≈1.26。但這是純積分對(duì)象的結(jié)果實(shí)際還要加上功率轉(zhuǎn)換的非線性增益所以我仿真時(shí)從Kp_v1開(kāi)始微調(diào)最終穩(wěn)定在Kp_v3、Ki_v150左右。電壓環(huán)積分系數(shù)再往上調(diào)會(huì)怎樣母線100Hz紋波會(huì)被放大到電流指令上直觀表現(xiàn)就是并網(wǎng)電流波形出現(xiàn)包絡(luò)抖動(dòng)。如果你在示波器上看到電流正弦波外面套了一層“毛邊”大概率就是電壓環(huán)增益太高在放大紋波。調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)調(diào)電壓環(huán)的原則是先用小比例系數(shù)把母線電壓穩(wěn)住再慢慢加積分每加一檔都看一眼電流波形出現(xiàn)100Hz包絡(luò)就退回上一檔。電壓環(huán)輸出也要限幅。這個(gè)限幅決定了系統(tǒng)最大允許電流指令我按額定電流的1.2倍來(lái)限制也就是約55A有效值對(duì)應(yīng)的幅值指令。限幅值設(shè)得太大會(huì)讓啟動(dòng)和切載時(shí)沖擊電流過(guò)大設(shè)得太小又在電網(wǎng)電壓跌落時(shí)沒(méi)法提供必要的支撐電流這個(gè)邊界要按應(yīng)用場(chǎng)景權(quán)衡。3.3 仿真模型搭建與調(diào)參順序我習(xí)慣在仿真軟件里先把整體跑通再上硬件Simulink里搭兩級(jí)式模型大約需要這些模塊光伏板模塊、Boost變換器、全橋逆變、2.5mH濾波電感、電網(wǎng)模型、SOGI-PLL、雙閉環(huán)控制器、SPWM發(fā)生器。仿真步長(zhǎng)要足夠小至少要能覆蓋PWM載波的細(xì)節(jié)我常用固定步長(zhǎng)1μs等于載波周期的1/16左右這樣才能看出紋波和死區(qū)的影響。仿真調(diào)試順序和硬件一致我建議嚴(yán)格按下面步驟來(lái)每個(gè)階段都驗(yàn)證完再進(jìn)下一步先斷開(kāi)閉環(huán)只給PWM模塊發(fā)固定占空比確認(rèn)驅(qū)動(dòng)波形、死區(qū)時(shí)間、調(diào)制波極性正確。單獨(dú)測(cè)試鎖相環(huán)電網(wǎng)電壓源接進(jìn)去觀測(cè)SOGI輸出的正交信號(hào)和PLL輸出相位是否鎖準(zhǔn)。電流內(nèi)環(huán)單獨(dú)閉環(huán)方式是給一個(gè)固定的d軸電流參考用理想直流源替代光伏側(cè)接電阻負(fù)載或者直接短接交流端調(diào)電流跟蹤能力。電壓外環(huán)加進(jìn)來(lái)先讓Boost不工作用可調(diào)直流源直接給母線供電驗(yàn)證電壓環(huán)能否穩(wěn)住母線電壓。把Boost和MPPT加回來(lái)完整系統(tǒng)跑并網(wǎng)流程逐步從輕載加到滿載。這套順序的核心思想是“每一層閉環(huán)都必須建立在下一層可靠的基座上”。我見(jiàn)過(guò)不少仿真模型直接全鏈路一起搭出現(xiàn)問(wèn)題根本定位不到是哪一環(huán)最后只能全盤(pán)推倒。分步驗(yàn)證雖然慢但每一步都清楚后面出了問(wèn)題也知道往哪查。4. 上電調(diào)試常見(jiàn)問(wèn)題排查從仿真到實(shí)機(jī)不得不面對(duì)的坑4.1 常見(jiàn)問(wèn)題速查表仿真里參數(shù)調(diào)好了不代表樣機(jī)就能直接并網(wǎng)。下面這張表是我在實(shí)際調(diào)試中遇到過(guò)的典型問(wèn)題可以直接當(dāng)排查手冊(cè)用。異常現(xiàn)象可能原因處理辦法并網(wǎng)瞬間沖擊電流過(guò)大鎖相環(huán)尚未穩(wěn)定就合閘或母線電壓與電網(wǎng)電壓差值未控制增加并網(wǎng)預(yù)同步流程確認(rèn)PLL鎖定后延時(shí)合閘穩(wěn)態(tài)電流THD偏高死區(qū)效應(yīng)、電流采樣噪聲、電感飽和增加死區(qū)補(bǔ)償檢查采樣屏蔽與共地噪聲核驗(yàn)電感磁芯電流波形帶100Hz包絡(luò)電壓環(huán)帶寬過(guò)高放大母線紋波降低電壓環(huán)Kp/Ki加100Hz陷波器或同步采樣母線電壓低頻振蕩電壓環(huán)與電流環(huán)帶寬接近或積分飽和重新核對(duì)內(nèi)外環(huán)帶寬比例增加抗積分飽和電網(wǎng)電壓突變時(shí)過(guò)流保護(hù)前饋系數(shù)不準(zhǔn)或缺失校準(zhǔn)電網(wǎng)電壓前饋系數(shù)確認(rèn)采樣縮放一致輕載時(shí)電流斷續(xù)且不穩(wěn)定電流環(huán)比例系數(shù)偏小適當(dāng)提高電流環(huán)Kp并檢查電感電流是否進(jìn)入斷續(xù)模式這些問(wèn)題的根源大部分不在參數(shù)本身而在于采樣、數(shù)字延遲和系統(tǒng)非線性這些仿真里沒(méi)體現(xiàn)的細(xì)節(jié)。下面挑兩個(gè)最常見(jiàn)的場(chǎng)景展開(kāi)細(xì)說(shuō)。4.2 深挖案例一死區(qū)效應(yīng)帶來(lái)的電流畸變實(shí)際逆變橋開(kāi)關(guān)管必須設(shè)置死區(qū)時(shí)間防止上下橋臂直通。我在這個(gè)10kW系統(tǒng)里母線400V開(kāi)關(guān)管關(guān)斷損耗和死區(qū)時(shí)間的矛盾尤其明顯死區(qū)取1.5μs左右。死區(qū)的直接后果是輸出電壓基波分量偏小還會(huì)產(chǎn)生低次諧波尤其在電流過(guò)零點(diǎn)附近電流極性換向時(shí)誤差最明顯THD往往從這里拉上去。處理方案業(yè)內(nèi)已經(jīng)很成熟死區(qū)補(bǔ)償。最簡(jiǎn)化的補(bǔ)償思路是判斷電流方向在調(diào)制波上疊加一個(gè)與死區(qū)時(shí)間及母線電壓相關(guān)的修正量。我的實(shí)現(xiàn)是在數(shù)字控制器里查電流方向按死區(qū)時(shí)間折算成占空比修正值加到對(duì)應(yīng)橋臂的調(diào)制波上。加了死區(qū)補(bǔ)償之后空載到半載的THD能從8%以上降到3%到4%左右。但要注意死區(qū)補(bǔ)償依賴(lài)電流方向檢測(cè)的準(zhǔn)確性在電流過(guò)零點(diǎn)附伴方向判斷抖動(dòng)反而可能引入新的諧波。我的做法是在電流過(guò)零區(qū)間設(shè)置一個(gè)滯環(huán)窗口窗口內(nèi)不切換補(bǔ)償極性實(shí)測(cè)效果比直接判方向好很多。4.3 深挖案例二母線電壓紋波污染電流指令這個(gè)問(wèn)題上面已經(jīng)提過(guò)幾次但值得單獨(dú)展開(kāi)因?yàn)樗[蔽了。母線電壓反饋如果直接進(jìn)電壓環(huán)PI輸出會(huì)疊加100Hz分量電流指令變成一條帶紋波的參考最終并網(wǎng)電流里會(huì)出現(xiàn)明顯的三次諧波。仿真中如果母線電容模型不夠準(zhǔn)確或者沒(méi)加ESR特性這個(gè)問(wèn)題可能完全看不出來(lái)上機(jī)之后一測(cè)電流波形馬上現(xiàn)原形。我最終的方案是雙層處理母線電壓采樣通道先做模擬二階低通濾波截止頻率約500Hz把高頻開(kāi)關(guān)噪聲濾掉保證采樣值穩(wěn)定然后在控制器內(nèi)部加數(shù)字陷波器專(zhuān)門(mén)衰減100Hz。陷波器的Q值不能調(diào)太高Q值太大在電網(wǎng)頻率波動(dòng)時(shí)反而會(huì)把有用信號(hào)削掉我用Q值在1到2之間。電壓環(huán)帶寬保持50Hz這樣即便陷波器效果一般100Hz增益也不會(huì)被放大太多。這套組合在實(shí)際電網(wǎng)波動(dòng)±1Hz的情況下都能保持電流THD在5%以?xún)?nèi)。4.4 安全與測(cè)量設(shè)備的經(jīng)驗(yàn)調(diào)試并網(wǎng)逆變器安全永遠(yuǎn)是第一位。樣機(jī)上電前必須檢查控制信號(hào)和功率地是否可靠單點(diǎn)接地電流探頭必須用隔離探頭示波器建議接隔離變壓器或者用差分探頭測(cè)電壓。電網(wǎng)側(cè)接一個(gè)隔離調(diào)壓器把電壓從低往高調(diào)是第一次并網(wǎng)時(shí)最穩(wěn)妥的做法。先用低壓小功率驗(yàn)證控制邏輯沒(méi)有問(wèn)題再升壓升功率能避免大多數(shù)燒板事故。還有一個(gè)容易被忽略的點(diǎn)用直流源模擬光伏板時(shí)直流源不能吸收電流。Boost入口電壓被拉高到超過(guò)設(shè)定值時(shí)光伏板功率降低這時(shí)候邏輯上母線電壓會(huì)跌落而不是上升。如果你發(fā)現(xiàn)電壓環(huán)一直在朝一個(gè)方向飽和先檢查直流源是否工作在輸出狀態(tài)別急著改PI參數(shù)。樣機(jī)階段的測(cè)量?jī)x器我建議至少要準(zhǔn)備一只能測(cè)到MHz級(jí)的高壓差分探頭和一只高精度電流探頭。調(diào)試時(shí)把電流波形、母線電壓波形、電網(wǎng)電壓波形放在同一臺(tái)示波器上觸發(fā)觀察相位關(guān)系。很多動(dòng)態(tài)問(wèn)題靠一次截圖就能定位比反復(fù)猜參數(shù)學(xué)到的經(jīng)驗(yàn)值要高效得多。最后分享一個(gè)經(jīng)驗(yàn)這個(gè)系統(tǒng)我前后迭代了三版控制板最初版本把電壓環(huán)、電流環(huán)、PLL、保護(hù)邏輯全部堆在一個(gè)中斷服務(wù)函數(shù)里結(jié)果中斷執(zhí)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)快到1kHz帶寬就頂不住了。后來(lái)把保護(hù)邏輯挪到硬件比較器把PLL和慢速任務(wù)挪到后臺(tái)循環(huán)控制中斷只保留電流環(huán)和坐標(biāo)變換帶寬才真正跑起來(lái)。做數(shù)字控制中斷開(kāi)銷(xiāo)和任務(wù)劃分對(duì)帶寬的影響很多時(shí)候比PI參數(shù)本身還大。這一點(diǎn)是我在這個(gè)10kW項(xiàng)目里體會(huì)最深的地方。