说明
基于单相电压源型换流器的整流或逆变电路也是我们经常遇到电路拓扑,相比较于三相电路(小编已经介绍过三相整流或逆变电路),单相电路结构和控制相对较为简单一些。理论上来说在不改变电路结构的情况下,只通过改变控制就可以实现整流或逆变运行,考虑仿真的直观性,以下将分别单独对逆变和整流进行介绍。
单相无源逆变
单相逆变并网
单相整流电路
逆变电路控制仿真
逆变即将直流电压通过换流器转换一定大小成交流电,其中直流侧可以是光伏、储能等直流能源,也可以是通过整流得到。根据逆变后的交流电是否接电网,可以分为无源(逆变后直接接负载)逆变和有源逆变(接入电网)。本次将分别对无源和有源逆变进行仿真介绍。
(1)无源逆变仿真
无源逆变整体电路如下图所示,直流侧给定电压为400V,交流侧通过LC进行滤波。
单相无源逆变模型
控制部分采用交流电压控制,给定的正弦波参考信号为期望得到的交流电压信号,逆变后的交流电压与给定电压比较,经过PI后得到pwm的参考波,参考波与三角波比较,产生脉冲,控制框图如下:
交流电压控制
模型仿真结果如下,正弦波给定大小为220*sqrt(2),频率为50HZ,开始交流侧负载为20Ω,0.3s时,负载变为10Ω,运行仿真结果如下:
交流电流、交流侧电压
给定电压与实际电压
(2)有源逆变
有源逆变整体模型如下图所示,直流侧电压为400V,交流电网电压220V,50HZ。
逆变并网电路
电路中,由于直流侧为稳定的直流电压源,因此,控制可直接采用交流电流控制。可通过锁相环得到电网电压的相位,再进行正弦变换得到对应的单位正弦波形。(注:本文省去锁相环,直接测量电网电压,除以其幅值得到对应单位正弦信号。)对应电网电压的单位正弦信号与给定电流进行比较,便可得到交流电流的参考值,交流电流参考值与实际电流进行比较,经过PI,得到PWM的参考波,控制框图如下:
电流控制
模型仿真开始给定电流大小为40,0.3s后变为60,对应波形如下:
交流侧电压、电流波形
交流电路给定值与实际值
整流电路控制仿真
整流电路整体模型如下图所示,交流侧电压为220V,50HZ。直流侧给定电压为400V,直流侧负载20Ω。整流控制一般为双闭环控制,外环为电压环,稳定直流侧电压,内环为电流环,在双闭环控制中会涉及到两个PI,因此,增加了控制的复杂度,为大家便于理解,同时省去小编的劳动量,直接给出一个与本模型思路一致的某度文库链接:https://wenku.baidu.com/view/438da6224b73f242336c5fff.html
整流仿真模型
模型最终仿真结果如下:
直流侧电压
网侧电压、电流
总结
本次主要介绍了最常用到的单相换流器的三种用法及电路拓扑,并对常用控制进行说明,最后通过仿真进行简单的模型验证。