微電網模擬系統

摘 要：本系統分為兩個三相逆變系統，逆變器 1 采用軟件生成三相 spwm 波，通過IR2110 驅動 MOS 管，最后通過 LC 濾波產生三相正弦波，通過電壓傳感器反饋輸出交流的有效值給單片機，軟件通過采樣得到的有效值進行 PID 控制算法，來控制 SPWM 波，達到穩壓的目的。逆變器 2 電路主拓撲與逆變器一樣，控制方法采用了硬件三相滯環比較型電流跟蹤法。可以輸出恒定的交流電流，通過采集逆變器 1 的電流波形，送入逆變器 2 控制系統的調制波輸入，逆變器 2 輸出電流就會跟蹤調制波的波形，達到同頻同相的目的，通過控制調制波的的放大系數，可以改變兩個逆變器的電流比，讓兩個逆變的電流比值恒定。

關鍵詞：三相逆變器;交流并聯供電;SPWM 控制;滯環跟蹤控制

Abstract：This system is divided into two three-phase inverter system，inverter 1 three-phase SPWM wave by software，driven by IR2110 MOS tube，at last，through the LC filter produces three-phase sine wave，the RMS values of the output voltage sensor feedback communication to the single-chip microcomputer，software is obtained by sampling the RMS values of the PID control algorithm，to control the SPWM wave，achieve the goal of voltage regulator.The main topology of inverter 2 circuit is the same as that of inverter.Can output the constant alternating current，by collecting the current waveform of inverter 1，into the inverter control system of 2 modulation wave input，inverter output current will be 2 tracking modulation waveform，achieve the purpose of of the same frequency and phase，by controlling the modulation wave amplification coefficient，can change the current ratio of two inverter，let two inverter constant current ratio.

Key words：three-phase inverter;Ac parallel power supply;SPWM control;Hysteresis tracking control

1 系統方案

對競賽題目進行分析，由于題目要求逆變器輸出線電壓的負載調整率低于 0.3%，可見逆變器并聯供電的時候必須保證輸出線電壓恒定。另一方面，題目要求兩個逆變器在輸出時能夠做到功率分配的控制，也就說明逆變器必須也能夠有效地控制各自的輸出電流。需要同時實現并聯系統三相輸出的恒壓和各逆變器的恒流控制，是本次競賽題目的難點所在。下面則針對于本題的要求，對控制方法的方案設計進行討論。

控制方法的論證與選擇

為了解決題目要求的對輸出線電壓的恒壓控制，并做到對各個逆變器的恒流控制，可以考慮對兩個逆變器采用不同的控制策略。對逆變器 1 做恒定線電壓的閉環控制，在負載不變的情況下，并聯系統輸出的總電流是恒定的。在此基礎上，對逆變器 2 做恒流并網控制，將逆變器 1 的輸出視為主電網，控制逆變器 2 的輸出并網電流恒定。那么只要使得逆變器 2 的給定電流與總電流之間保持一定的比例關系，就可以保證逆變器 1 和逆變器 2 的輸出電流能夠按照設定的比例分配。

但是對于兩個逆變器的控制方案，也有多種選擇，下面分開進行討論：

方案一：采用單片機控制兩個逆變器，在輸出進行反饋兩路電壓電流信號進入單片機，采用 PID 算法控制定時器輸出占空比，從而控制輸出電流和電壓，方法簡單，容易實現。但是由于此題是屬于并聯供電系統，而單片機輸出 PWM 占空比精度有限，可能導致兩個逆變器之間壓差過高，導致電流過大，或者導致輸出電流不精準不穩定的現象。

方案二：采用硬件控制方法，利用 DAC 產生 3 路相差互為 120 度的正弦調制波，逆變控制采用硬件反饋控制，輸入需要調制波形，逆變輸出就會跟隨調制波形成比例輸出。但是這樣需要采集兩路的電流有效值，通過控制 DAC 調制波的幅值，來控制逆變輸出電流，通過兩路測得的逆變輸出電流有效值，來調整逆變輸出電流比例。由于是硬件控制，所以控制速度夠快，控制精度也能很高。

方案三：在兩個逆變器的控制中，對逆變器 1 的恒壓控制，通過采樣并聯系統輸出線電壓作為反饋，而采用數字 PID 對逆變器輸出的線電壓有效值進行閉環控制。而對于逆變器 2 的恒流并網控制，采用三相電流跟蹤控制，而各相跟蹤的參考信號，則通過采樣逆變器 1 對應相輸出的線電流輸出獲得。這樣通過設置采樣回路上的放大系數，就可以控制逆變器 2 的輸出線電流保持與逆變器 1 相應線電流的比例關系。同時，由于逆變器 1 采用的是有效值閉環控制，所以其慣性系數大，更接近于電網慣性大的特點。而逆變器 2 采用瞬時值跟蹤控制，慣性系數小，能夠快速的對負載變化做出響應，提高了系統的動態響應特性。

方案二與方案三都是采用了硬件控制，理想效果也差不多，方案二需要 3 路 DAC，現有的單片機中內置 DAC 通道不夠，需要另外外加 DAC，需要采集電流有效值，需要軟件進行數據處理與控制。但是相比于方案二，方案三只需要三個電流互感器和三個放大器，就可以完成電流逆變輸出的同頻、同相、同比例。

綜合以上分析，選擇方案三。

結語

微電網系統設計采用模塊化設計，易于實踐便于二次開發。SPWM逆變電源的核心采用STM32單片機控制，提高了控制系統的穩定性和安全性，同時加強了智能控制，系統設計的驅動電路，控制電路具有較高的穩定性和可靠性，有一定的實用價值。

參考文獻

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作者簡介：

姓名：莊曉洋，學校：長沙理工大學，院系：電氣與信息工程學院，專業：電子信息工程，年級：2016級，學號：201657050232，指導老師：黃亞飛