微电网模拟系统

摘 要：本系统分为两个三相逆变系统，逆变器 1 采用软件生成三相 spwm 波，通过IR2110 驱动 MOS 管，最后通过 LC 滤波产生三相正弦波，通过电压传感器反馈输出交流的有效值给单片机，软件通过采样得到的有效值进行 PID 控制算法，来控制 SPWM 波，达到稳压的目的。逆变器 2 电路主拓扑与逆变器一样，控制方法采用了硬件三相滞环比较型电流跟踪法。可以输出恒定的交流电流，通过采集逆变器 1 的电流波形，送入逆变器 2 控制系统的调制波输入，逆变器 2 输出电流就会跟踪调制波的波形，达到同频同相的目的，通过控制调制波的的放大系数，可以改变两个逆变器的电流比，让两个逆变的电流比值恒定。

关键词：三相逆变器;交流并联供电;SPWM 控制;滞环跟踪控制

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 系统方案

对竞赛题目进行分析，由于题目要求逆变器输出线电压的负载调整率低于 0.3%，可见逆变器并联供电的时候必须保证输出线电压恒定。另一方面，题目要求两个逆变器在输出时能够做到功率分配的控制，也就说明逆变器必须也能够有效地控制各自的输出电流。需要同时实现并联系统三相输出的恒压和各逆变器的恒流控制，是本次竞赛题目的难点所在。下面则针对于本题的要求，对控制方法的方案设计进行讨论。

控制方法的论证与选择

为了解决题目要求的对输出线电压的恒压控制，并做到对各个逆变器的恒流控制，可以考虑对两个逆变器采用不同的控制策略。对逆变器 1 做恒定线电压的闭环控制，在负载不变的情况下，并联系统输出的总电流是恒定的。在此基础上，对逆变器 2 做恒流并网控制，将逆变器 1 的输出视为主电网，控制逆变器 2 的输出并网电流恒定。那么只要使得逆变器 2 的给定电流与总电流之间保持一定的比例关系，就可以保证逆变器 1 和逆变器 2 的输出电流能够按照设定的比例分配。

但是对于两个逆变器的控制方案，也有多种选择，下面分开进行讨论：

方案一：采用单片机控制两个逆变器，在输出进行反馈两路电压电流信号进入单片机，采用 PID 算法控制定时器输出占空比，从而控制输出电流和电压，方法简单，容易实现。但是由于此题是属于并联供电系统，而单片机输出 PWM 占空比精度有限，可能导致两个逆变器之间压差过高，导致电流过大，或者导致输出电流不精准不稳定的现象。

方案二：采用硬件控制方法，利用 DAC 产生 3 路相差互为 120 度的正弦调制波，逆变控制采用硬件反馈控制，输入需要调制波形，逆变输出就会跟随调制波形成比例输出。但是这样需要采集两路的电流有效值，通过控制 DAC 调制波的幅值，来控制逆变输出电流，通过两路测得的逆变输出电流有效值，来调整逆变输出电流比例。由于是硬件控制，所以控制速度够快，控制精度也能很高。

方案三：在两个逆变器的控制中，对逆变器 1 的恒压控制，通过采样并联系统输出线电压作为反馈，而采用数字 PID 对逆变器输出的线电压有效值进行闭环控制。而对于逆变器 2 的恒流并网控制，采用三相电流跟踪控制，而各相跟踪的参考信号，则通过采样逆变器 1 对应相输出的线电流输出获得。这样通过设置采样回路上的放大系数，就可以控制逆变器 2 的输出线电流保持与逆变器 1 相应线电流的比例关系。同时，由于逆变器 1 采用的是有效值闭环控制，所以其惯性系数大，更接近于电网惯性大的特点。而逆变器 2 采用瞬时值跟踪控制，惯性系数小，能够快速的对负载变化做出响应，提高了系统的动态响应特性。

方案二与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，现有的单片机中内置 DAC 通道不够，需要另外外加 DAC，需要采集电流有效值，需要软件进行数据处理与控制。但是相比于方案二，方案三只需要三个电流互感器和三个放大器，就可以完成电流逆变输出的同频、同相、同比例。

综合以上分析，选择方案三。

结语

微电网系統设计采用模块化设计，易于实践便于二次开发。SPWM逆变电源的核心采用STM32单片机控制，提高了控制系统的稳定性和安全性，同时加强了智能控制，系统设计的驱动电路，控制电路具有较高的稳定性和可靠性，有一定的实用价值。

参考文献

[1]高吉祥.全国大学生电子设计竞赛培训系列教程.北京：电子工业出版社，2007.

[2]梁适安.开关电源理论与设计实践.北京：电子工业出版社，2013.

[3]沙占友，王彦朋，安国臣，孟志勇.开关电源设计.北京：中国电力出版社，2009.

[4]陈永真，孟丽囡.高效率开关电源设计与制作.北京：中国电力出版社，2008.

[5]铃木雅臣.晶体管电路设计.北京：科学出版社，2004.

[6]杨荫福，段善旭，朝泽云.电力电子装置及系统.北京：清华大学出版社，2006.

作者简介：

姓名：庄晓洋，学校：长沙理工大学，院系：电气与信息工程学院，专业：电子信息工程，年级：2016级，学号：201657050232，指导老师：黄亚飞