摘要：本文簡單地介紹了單相全橋并網逆變器的閉環控制原理，利用PSIM軟件來進行仿真實驗。

關鍵詞：單相 閉環控制 PSIM DLL 鎖相環 過零檢測 進網電流反饋 SPWM

因在研究過程中參考的不少文獻忘記標記了，所以無法一一列出，如有侵權，請聯系本人進行刪改。再者，我自個水平有限，若有錯誤，煩請大伙不吝指正。

目錄

• 一、整體介紹
• 二、鎖相環及其利用DLL實現
• 三、進網電流反饋及其實現
• 四、開關管的調制策略及其實現

一、整體介紹

圖1是一個簡單的單相全橋并網逆變器的電路圖。主電路無需贅述，關鍵看控制部分。首先，對于并網逆變器而言，要使得逆變產生的交流電壓的大小、頻率以及相位與電網電壓一致，也就是要達到并網的要求。而對電網電壓的頻率和相位進行跟蹤并使得輸出電壓始終與之保持一致的結構我們稱之為“鎖相環”(PLL，PhaseLockLoop)，具體如何實現后面再講；接著是進行反饋控制。一般常見的做法是采集電網電流，與通過鎖相環后產生的參考電流進行比較后，經過我們的控制器，最后產生驅動開關管通斷的信號；最后是考慮我們的調制策略。一般是采用正弦波脈沖寬度調制（SPWM），而細分又有雙極性調制，單極性調制，單極性倍頻調制等等，這邊簡單介紹其中的兩種。

圖1 單相全橋并網逆變器電路及其閉環控制結構

綜上所述，整個電路的工作流程是：實時采集電網電壓，通過鎖相環后，產生一個參考電流信號，與采集到的進網電流信號進行比較，誤差值通過我們的控制器（常見的有PI控制器和PR控制器等等，這邊采用比較簡單的PI控制器）后，生成驅動信號，結合采用的調制策略，對四個開關管進行調制，從而產生與電網電壓大小，頻率以及相位都一致的輸出電壓。控制框圖如圖2。

圖2 單相并網逆變器控制框圖

二、鎖相環及其利用DLL實現

鎖相環的實現方式有很多，針對單相和三相系統，似乎也有不同的方法，這邊只是介紹最簡單的過零檢測。其思想是：每檢測到一個從負到正（或是從正到負）的零點時，就意味著距離上次檢測到同樣的過零點已經經過了一個電網電壓周期的時間。通過計數這段時間，就知道了頻率，再以此時為初始，就知道后面每時每刻電網電壓的相位。

圖3 鎖相環實現原理

具體到DLL模塊中的程序實現，由于PSIM是每過一個設定的時間步長進一次DLL模塊，執行里面的程序，而設定的仿真時間步長一般很短，比如10e-7s，實際不需要這么頻繁采集數據，更改占空比，所以一般可定義一個全局靜態變量來進行計數，每經過一個開關周期的時間再來更改一次占空比，而這個開關周期就可作為時間的基準，也就相當于單片機中的一個定時器。有了時間基準后，可以計得一個電網電壓周期的數值（比如為M)，那么在后面第i個時刻我們就知道此時的電壓電壓的相位為（i/M*2Π）。

另一個問題是如何生成參考電流信號。就我目前的理解是，設定好我們需要的輸出功率，采集電網電壓有效值（具體做法可以查詢網上關于獲取電壓有效值的相關資料），就知道電流有效值為多少。舉例來說，在單位功率因數下，設定輸出功率為Po，輸出電壓有效值為Uo，那么我們的參考電流iref=1.414Po/Uosin(i/M*2Π）。

最后，要知道的是，象征電網電壓周期的計數值可能會每個周期變化一次（由于電網電壓頻率不一定是時時保持在50Hz），另外，過零檢測的缺點在于如果電網電壓發生畸變，比如在短時間內有若干個過零點，那么我們獲得的頻率，相位就不一定準確了。

三、進網電流反饋及其實現

常見的PI控制器，由于跟蹤的是交流信號，所以效果不會特別好~~（我自個還不太懂原因是啥，嘻嘻）~~ ，后面學者們又提出了新的PR控制器。但是PR控制器比較復雜，而且PI控制器加上電網電壓前饋控制后，進網電流的質量已經足夠（前饋控制請自行百度了解），所以這里采用PI控制器。

而這里需要介紹的就是如何將其利用程序實現。在matlab中可以直接添加傳遞函數模塊，而在DLL模塊中，我們需要編寫c代碼，就要將其離散化。據徐德鴻教授的《電力電子系統建模及控制》一書介紹，將模擬控制器離散化主要有三種方法：沖激響應不變法，階躍響應不變法，雙線性變換法。而通過沖激響應不變法得到的PI方程如下：

圖4 PI控制器離散化

四、開關管的調制策略及其實現

學習“電力電子技術”課程的時候我們已經知道，SPWM的調制方法主要有雙極性調制和單極性調制。

圖5

具體的原理想必大家都已經清楚了，那么我們要了解的就是，在使用規則采樣法確定開關管的通斷時長時，每個開關周期中，占空比D=ur/Utri（其中ur為信號波的實時值，Utri為三角波的峰值）

圖6

圖7

具體到代碼實現時，前文提到的電流反饋輸出的值就相當于調制波，而如果設定三角波峰值為1，那么占空比就等于調制波。

接下來介紹兩種不同的單極性調制方式，文字繁瑣，代碼如下：

//這邊四個管子都是高頻管if(D>0){out[0]=1;out[1]=0;if(T1<=D*b){out[2]=0;out[3]=1;}else{out[2]=1;out[3]=0;}}if(D<=0){out[2]=1;out[3]=0;if(T1<=(fabs(D))*b){out[0]=0;out[1]=1;}else{out[0]=1;out[1]=0;}} //這邊將1，2作為低頻管，3，4作為高頻管使用if(D>0){out[0]=1;out[1]=0;if(T1<=D*b){out[2]=0;out[3]=1;}else{out[2]=1;out[3]=0;}}if(D<=0){out[0]=0;out[1]=1;if(T1<=(fabs(D))*b){out[2]=1;out[3]=0;}else{out[2]=0;out[3]=1;}}//place your code here......end }

解釋：out[0]-out[3]分別對應開關管1-4的柵極；D為占空比；T1為當前計數值，每一個開關周期清零一次；b為一個開關周期所花費的計數值。

主要參考資料：
1，王兆安等，《電力電子技術》；
2，屈艾文，陳道煉，PSIM仿真軟件及其在電力電子變換器仿真中的應用；
3，鮑陳磊，阮新波，王學華，潘冬華，李巍巍，翁凱雷，基于PI調節器和電容電流反饋有源阻尼的LCL型并網逆變器閉環參數設計；
4，趙清林，郭小強，鄔偉揚，單相逆變器并網控制技術研究；
5，徐德鴻，《電力電子系統建模及控制》；
6，起個名字老重復，鎖相環你知多少？30分鐘帶你玩轉鎖相環（單相三相鎖相環）

總結

以上是生活随笔為你收集整理的基于PSIM及其DLL模块的单相全桥并网逆变器仿真的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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