【正文】 并網(wǎng)電流控制系統(tǒng)中的PI控制器，它是用來調(diào)節(jié)輸出電流和參考電流信號的誤差值，提高輸出電流的精度和增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，以達(dá)到對輸出電流的控制作用?？刂葡到y(tǒng)圖可以用關(guān)系式表示成數(shù)學(xué)模型為: （）式中為并網(wǎng)系統(tǒng)的輸出電壓，為電網(wǎng)電壓，為逆變器輸出的并網(wǎng)電流，為等效電阻。： （）式中是濾波器的傳遞函數(shù)。逆變器可以等效為一個小慣性環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)為： （）式中為逆變器的放大倍數(shù)，為小時間常數(shù)。 PI控制器的傳遞函數(shù)為 ： （）所以并網(wǎng)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為： （）由于上述介紹的并網(wǎng)電流控制系統(tǒng)中，電網(wǎng)電壓可以看作是一個擾動信號，并網(wǎng)電流受電網(wǎng)電壓的影響較大，此時，并網(wǎng)電流關(guān)于電網(wǎng)電壓的表達(dá)式為： （）5單相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)設(shè)計該系統(tǒng)前級為Boost升壓電路，功能是將太陽能光伏電壓低壓升至比電網(wǎng)峰值還高的電壓，并汲取太陽能光伏電池的最大功率，將所汲取的能量送至全橋逆變的直流側(cè)。Boost電路在整個工作過程中，工作電流的工作狀態(tài)分為電流連續(xù)、臨界和斷續(xù)三種情況，但是系統(tǒng)要求能不斷的向外輸出功率，因此，Boost電路必須使工作電流在連續(xù)的情況下。根據(jù)電流連續(xù)時的伏秒特性，在穩(wěn)態(tài)時，電感在一個周期內(nèi)充電和放電能夠保持能量平衡，可以得到： ()式中，為太陽能電池板的輸出電壓，為直流側(cè)輸出電壓，即直流母線的電壓，為占空比；為開關(guān)功率管的開關(guān)周期，為開關(guān)功率管的開通時間，為開關(guān)功率管的關(guān)斷時間。于是，由上式整理可得： ()電壓增益為： ()在理論分析時，可以假設(shè)整個電路處于理想狀態(tài)，則電路沒有損耗。由功率守恒原理可知太陽能電池板的輸出功率與電路后級負(fù)載上所消耗的功率相等，可得： （）式中為太陽能電池板的輸出功率，后級負(fù)載上所消耗的功率，即輸出功率，又和可以有如下式子得到： （） （）則有： （）式中為電池板輸出的平均電流，為負(fù)載的平均電流。由于電感是儲能元件，處于同時充放電的過程，而這個過程又是曲線特性，所以電感電流存在紋波量，于是可得： （）式中為電感電流的紋波電流。定義電感電流的紋波系數(shù)為： （）式中為電感上的平均電流，它與是相同的即。由上述式子可得： （）式中，為輸出功率。由式（）可知，在其它條件不改變的情況下，當(dāng)時，能夠得到最大值，則： （）為了滿足紋波電流在額定條件下的要求，則： （）系統(tǒng)的最小占空比為： （）本系統(tǒng)中對于電流紋波系數(shù)的取值要考慮電感的飽和等問題，在系統(tǒng)中取25%.根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計，,。選擇合適的開關(guān)管頻率：如果開關(guān)管頻率過高時，則有利于對諧波的濾波，這樣輸出電壓的波形就只會含有少量的諧波，但同時又會加大開關(guān)管的損耗與發(fā)熱；如果開關(guān)管的開關(guān)頻率過低時，則會使輸出波形惡化。所以綜合考慮開關(guān)管頻率選取的利弊，選擇開關(guān)管的頻率為,則，于是可得： （）由于所以取。電容為支撐電容，并聯(lián)于兩級變換之間電容除了輸出濾波外，還具有儲能的作用，假設(shè)紋波電流都會流經(jīng)電容，全橋逆變電路可以等效成純阻性電路，中間電壓穩(wěn)定在460V。由式（）、（）可知： ()由式（）、（）可得： ()設(shè)電容電壓的紋波系數(shù)為： ()則有， ()本系統(tǒng)中設(shè)，,，則代入（）得： （）因?yàn)樵趯?shí)際電路中，后級逆變電路要從這個支撐電容中獲得能量，另外也不能完全把全橋逆變器當(dāng)作純阻性電路，所以中間支撐電容的要留有一定的裕量，選取10倍以上的容量。因此這個支撐電容可以選擇2200。Boost電路開關(guān)管的選擇應(yīng)根據(jù)流經(jīng)開關(guān)的電流有效值來選擇，但同時也應(yīng)具有一定的裕量，在占空比最大的情況下，計算開關(guān)管的最大有效電流值，如式（）： （）式中，為下電感電流平均值，為 下電感電流紋波率。且： （）根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定最大參數(shù)值 ，，代入（）、（）兩式，計算得：。由于IGBT具有通流能力強(qiáng)，耐壓高，低電壓導(dǎo)通特性，且其開關(guān)頻率較高，所以選擇IGBT作為Boost電路的功率開關(guān)。在本系統(tǒng)中，開關(guān)管所承受的最大電壓為400V，在考慮留有一定裕量的情況下，對于IGBT開關(guān)管的選取可以取耐壓為600V，耐流為45A的管子。為了配合電路的高頻開關(guān)特性，續(xù)流二極管應(yīng)具有快速恢復(fù)特性以及較低的通態(tài)壓降。二極管的選取同樣必須符合電路中所承受的最大電壓和最大電流，其主要參數(shù)為耐壓600V和耐流18A。：由于并網(wǎng)系統(tǒng)的要求，在單相全橋逆變器的輸出側(cè)能夠輸出功率因數(shù)為1與電網(wǎng)電壓波形同頻同相為正弦波電流。逆變器輸出濾波電感在單相全橋逆變電器中起著關(guān)鍵性作用，電感值的取值是否合適將直接影響電路輸出波形的質(zhì)量。在逆變器側(cè)輸出濾波電感的兩端將產(chǎn)生紋波電流，它對輸出波形的影響比較大。因此對電感值的選取應(yīng)考慮電流的紋波系數(shù)。根據(jù)電感的基本伏安特性可得： （）其中為電感兩端的電壓，在輸出電壓的峰值附近，也就是時，此時紋波電流最大，假設(shè)開關(guān)管的開關(guān)周期為，占空比為，則： （）在電感工作穩(wěn)定情況下可得： （）式中為前級Boost電路的輸出電壓。由式（）、（）可得： （）本次設(shè)計中，取,開關(guān)管的工作頻率為，取電流的紋波系數(shù)，則代入式（）可得： （）因此為了保證電感電流實(shí)際紋波，則電感選取。又由逆變器輸出電壓的矢量關(guān)系可以得到： （）則有式（）可知，它們的幅值滿足如下關(guān)系： （）根據(jù)正弦調(diào)制理論可得： （）式中為調(diào)制比，其值為1。將（）代入（）得： （）于是我們可得到： （）代入數(shù)據(jù)計算得： （）所以，綜合考慮選取濾波電感的取值范圍為：。但是在實(shí)際設(shè)計的時候，必須考慮到電感體積和成本的因素，一般情況下選取比電感的下限值稍微大一點(diǎn)的值，所以取為10。由于IGBT具有通流能力強(qiáng)，耐壓高，低電壓導(dǎo)通等特性，并且開關(guān)頻率相對較高。與MOSFET相比之下開關(guān)頻率更高，熱穩(wěn)定性更好等優(yōu)點(diǎn)，但其通態(tài)特性不好，通態(tài)電阻會隨所承受的電壓正比變化。因此選擇IGBT作為DCAC逆變主電路功率開關(guān)。在選用功率開關(guān)管IGBT的時候要適當(dāng)考慮耐壓等級，額定電流容量和散熱問題。在并網(wǎng)逆變電路正常工作的過程中，流過功率開關(guān)管IGBT的峰值電流和輸出側(cè)濾波電感的峰值電流是相同的，所以為了保證功率開關(guān)管IGBT的負(fù)荷和安全工作，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)提高功率開關(guān)管IGBT的電流額定值，即給予足夠的裕量。本系統(tǒng)中直流輸入側(cè)的最大電壓為460V，再根據(jù)前面電路分析中的電流情況，選取功率開關(guān)管IGBT的耐壓值為600V、耐流值為45A。