Trafoya Dayalı Sayısal Faz Kilitli Döngü Tasarımı
O Songyuan 1, Chen Rong 1, 2
(1. Elektrik Bilgi Mühendisliği Okulu, Jiangsu Üniversitesi, Zhenjiang, Jiangsu 212013; 2. Elektrik Mühendisliği Okulu, Yancheng Teknoloji Enstitüsü, Yancheng, Jiangsu 224051)
Geleneksel faz kilitli döngülerin zayıf doğruluğu ve yavaş hızı sorunlarına yönelik olarak, akımı tahmin etmek için ölü atım yöntemine dayanan gelişmiş güç ayırma kontrollü dijital faz kilitli bir döngü, üç fazlı inverterlerin paralel bağlanması sorununu iyi bir şekilde çözebilen transformatörler kullanılarak gerçekleştirilir. Ağ çalışması sırasında faz kilidi sorunu. Simülasyon analizi ve deneysel sonuçlar, dijital faz kilitli döngünün, şebeke frekansı değiştiğinde şebekenin voltaj fazını hızlı ve doğru bir şekilde izleyebildiğini göstermektedir; bu, inverter şebekeye bağlı ve faz kilitli olduğunda bu yöntemin iyi bir etkiye sahip olduğunu kanıtlamaktadır.
Trafo; ölü atım; faz kilitli döngü; inverter
Çin Kütüphanesi Sınıflandırma Numarası: TM464
Belge tanımlama kodu: Bir
DOI: 10.16157 / j.issn.0258-7998.2017.02.033
Çince alıntı biçimi: He Songyuan, Chen Rong. Transformatöre dayalı dijital faz kilitli döngü tasarımı.Elektronik Teknoloji Uygulaması, 2017, 43 (2): 137-139, 144.
İngilizce alıntı biçimi: He Songyuan, Chen Rong.Transformatöre dayalı dijital faz kilitli döngü tasarımı.Elektronik Tekniğin Uygulanması, 2017, 43 (2): 137-139, 144.
0 Önsöz
Yeni enerji şebekesine bağlı güç üretiminde, faz kilitli döngüler yaygın olarak kullanılmaktadır. Eviricinin şebeke bağlantısı, sensörün şebeke fazı ve frekans bilgilerini toplamasını ve ardından A / D dönüşümünü gerçekleştirmesini gerektirir. Şebeke gerilimi bilgilerinin doğru ve hızlı bir şekilde nasıl elde edileceği, şebekeye bağlı inverter araştırmasının odak noktası haline gelmiştir. Geleneksel donanım faz kilitlemeli döngü, donanım devresi tarafından voltajın sıfır geçiş noktasını algılar.Maliyeti düşük ve uygulaması kolay olmasına rağmen, dış koşullardan kaynaklanan parazitlere karşı hassastır ve düşük doğruluğa sahiptir. Eviricinin çıkış akımının, evirici şebekeye bağlandığında şebeke geriliminin fazını hızlı ve doğru bir şekilde takip etmesini sağlamak için dijital faz kilitleme teknolojisi ortaya çıkmıştır. Faz kilitli döngünün işlevi, şebekeye bağlı akım ve şebeke voltajının aynı frekansı ve fazı sürdürmesi için bir faz açısı oluşturmak ve aynı zamanda mevcut iç döngü ayırmayı tamamlamak için koordinat dönüşümü için şebekenin mevcut fazını gerçek zamanlı olarak hesaplamaktır. Bu yazıda, şebeke bağlantılı çalışma sırasında üç fazlı invertörün faz kilidi problemini çözebilen, geliştirilmiş dekuplaj yöntemi ve uzay vektör modülasyon stratejisi ile birlikte öngörülen akıma dayanan ölü atım yöntemini gerçekleştirmek için bir transformatör kullanılmıştır. Model, MATLAB / Simulink yazılımı altında oluşturulmuş ve simülasyon ile doğrulanmıştır.Simülasyon ve deneysel sonuçlar, transformatöre dayalı dijital faz kilitli döngünün faz kilitleme doğruluğu ve hızı açısından iyi etkilere sahip olduğunu doğrulamıştır.
1 İnvertör topolojisi
İnvertör topolojisi Şekil 1'de gösterilmektedir. DC tarafı genellikle, veri yolu voltajını stabilize eden, dalgalanma akımını emen, güç ayırma ve voltajı eşitleyen seri halde iki destekleyici kapasitör tarafından oluşturulur. Pratik uygulamalarda, belirli bir dirence sahip bir voltaj dengeleme direncinin de her kondansatörün her iki ucuna paralel olarak bağlanması gerekir.Bunun işlevlerinden biri, voltaj eşitleme problemini daha da çözmek, diğeri ise sistem kapatıldığında enerji salınımı için bir kanal sağlamaktır. Bu direnç, voltaj dengeleme direnci veya serbest bırakma direnci olarak adlandırılabilir.
Prototipin tasarım gücü 1,2 kVA'dır ve destek kapasitansını hesaplamak için birçok yöntem vardır. Şu anda birleşik bir sonuç yoktur. Tasarım formül (1) 'e göre hesaplanır ve Cd 332 F'dir.Seri olarak iki adet 450 V / 1000 F elektrolitik kapasitör seçin , Eşdeğer kapasitans değeri 500 F ve boşaltma direnci 10W30KJ'dir.
Bu tasarımda, şebeke voltajı bilgilerinin toplanması, sinyalleri toplamak için elektromanyetik indüksiyon prensibini kullanan bir sensör olan bir transformatöre dayanır. Gerilim trafosu, prensip olarak akım tipi bir gerilim trafosudur, bu nedenle gerilim algılama devresi, akım algılama devresine benzer ve parametre ayarına da başvurulabilir. Akım algılama devresini Şekil 2'de gösterildiği gibi örnek olarak alın.
Akım trafosunun primeri çıkış devresine seri olarak bağlanır ve sekonder yaklaşık olarak kısa devre durumundadır.İlk aşama akım sinyalini bir voltaj sinyaline dönüştürür; ikinci aşama, son amplifikatör için bir referans voltajı sağlamaktır; üçüncü aşama bir diferansiyel amplifikatör devresidir, Voltaj sinyalini yükseltin; son aşama, empedans dönüşümünün rolünü oynayan ve devrenin yük kapasitesini artıran voltaj takipçisidir.A / D girişi voltajı 3,3 V'ta kelepçelemek için bir kenetleme diyotu kullanır.
Sıfır geçiş algılama devresi şebeke frekansını toplamak için kullanılır A / D örnekleme frekansı şebekenin tespit sinyaline göre ayarlanır.İki sıfır noktası arasındaki süre şebekenin periyodudur.Sıfır geçiş tespit devresi Şekil 3'te gösterilmektedir.
Sıfır geçiş algılama devresinin birinci aşaması, akım sinyalini bir voltaj sinyaline dönüştüren devre algılama devresi ile aynı işleve sahiptir; ikinci aşama LM339, sinüzoidal sinyali aynı frekansla -5 V ~ + 5 V kare dalga sinyaline dönüştüren bir karşılaştırıcıdır; Üçüncü aşama, sinyali 0 ~ 5 V kare dalga sinyaline dönüştüren bir çeviricidir; daha sonra DSP'nin yükselen kenardan mı yoksa düşen kenardan mı başlayacağını kontrol etmek için dördüncü aşama ve beşinci aşama sınırlama ve tersi üzerinden DSP'ye gönderilir. Karşılık gelen frekans elde edilebilir ve kenetleme diyotu, G / Ç portunun korunmasında rol oynar.
2 Deadbeat güç dekuplaj kontrolü
Şekil 1 için, KVL'ye göre,
Formül (4) 'e göre, deadbeat izleme kontrolü, ayrıklaştırma, gerilim dış döngü PI kontrolü ve mevcut iç döngü deadbeat kontrolünden sonra gerçekleştirilir .. Deadbeat kullanımı dijital kontrolün gerçekleştirilmesine elverişlidir.
Formül (2) üzerinde abc / dp dönüşümü yaparak modeli ızgara gerilimi ile eşzamanlı olarak dönen koordinat sisteminde elde edebiliriz:
Ud, uq, inverter çıkış voltaj vektörünün dq bileşenleridir; ed, eq, üç fazlı şebeke voltaj vektörünün dq bileşenleridir; id, iq, inverter çıkış akımı vektörünün dq bileşenleridir; şebeke voltajı açısal frekansıdır .
Denklem (5), şebeke voltajının sadece şaft akımını etkilemediğini, aynı zamanda çapraz kuplajdan da etkilendiğini bulabilir, bu nedenle dq ekseni akımının ayrılması gerekir.
Ea, eb ve ec'in denge durumunda, şebeke voltaj vektörü düz eksen yönünde, yani ed = ES, eq = 0 yönlendirilir ve çıkış aktif gücü, ud ve id ayarlanarak ayarlanır. Şebeke voltaj sentez vektörü Es, indüktör üzerindeki voltaj vektörü VL, direnç voltaj vektörü VR, şebeke akım vektörü Is, güç faktörü açısı ve uzay vektör diyagramı Şekil 4'te gösterilmektedir.
İkame formül (5) şunları elde edebilir:
Sırasıyla referans akımın ortogonal eksenini izleyen çıkış akımını tamamlamak için PI regülatörünü kullanan geleneksel dekuplaj blok diyagramı Şekil 5'te gösterilmektedir.
İyileştirilmiş ayırma yöntemi, doğrudan referans akımının ayrılmasını sağlar, sistemin dinamik tepkisi daha hızlıdır ve köprü kolunun titreşim bileşenini içermez, bu da titreşim bileşenleri arasındaki bağlantıyı önler, böylece şebeke akımının kalitesini iyileştirir. Geliştirilmiş AC akım iç döngü dekuplaj blok şeması Şekil 6'da gösterilmektedir.
Ayrılmadan sonraki güç:
Formülde P aktif güç ve Q reaktif güçtür. Bu şekilde güç dekuplaj kontrolü gerçekleştirilir.İnverter perspektifinden, eğer doğru eksen akımı pozitif ve karesel eksen akımı sıfır ise, çıkış enerjisinin tamamı aktif güçtür, bu birim güç faktörü inverteridir; doğru eksen akımı pozitif ise , Karesel eksen negatiftir, bu da şebekenin reaktif güç kompanzasyonunu gerçekleştirebilir. Şebekeye bağlı güç ve güç kalitesi, ortogonal eksenin mevcut bileşeni değiştirilerek ayarlanabilir.
3 deney
Kontrol stratejisinin fizibilitesini ve güvenilirliğini daha iyi doğrulamak için 1,2 kVA prototipi geliştirildi. İşlemci TInin TMS320F2812ini, sürücü çipi IRnin IR2132ini ve güç cihazı IRnin IRFP460 modelini kullandı. MOSFET. Deneysel parametreler simülasyon parametreleri ile tutarlıdır.
Anahtarlama frekansı 10 kHz olduğunda, inverter çıkış voltajı dalga formu Şekil 7'de gösterilmiştir. Anahtarlama frekansı yeterince yüksek olmadığından, filtre parametrelerinin adapte edilmediği, tepenin bir zarfı olduğu ve birçok yüksek frekanslı bileşen bulunduğu görülmektedir. Daha fazla harmonik bileşen içerir; anahtarlama frekansı 20 kHz olduğunda, inverter çıkış voltajı dalga formu şekilde gösterildiği gibidir.Bu zamandaki dalga formunun açıkça 10 kHz'den daha iyi olduğu ve filtre endüktansının 3 mH olduğu ve filtre kapasitörünün olduğu görülebilir. 2,2 F.
Şekil 8 (a), M 0,9 olduğunda filtrelemeden önceki voltaj dalga biçimidir. Şekil 8 (b), çıkış voltajı ve çıkış akımı dalga formlarını göstermektedir Modülasyon oranı M, invertör çıkış fazı voltajı ve DC bara voltajı tarafından belirlenir Genel olarak, modülasyon oranı mümkün olduğu kadar 1'e yakın olmalıdır.
Şekil 9 (a), şebeke voltajı sıfır geçiş noktası tespit edildiğinde ölçülen dalga şeklidir.Şekilden şebeke voltajı ve kare dalga voltaj frekansının aynı olduğu görülebilir, bu nedenle DSP yakalama kesintisi, güç şebekesi frekans bilgisini elde etmek için yükselen veya düşen kenar sinyalini yakalamak için kullanılabilir. . Şekil 9 (b) şebeke geriliminin faz kilit açısıdır.Deneysel dalga formu, açıyı DSP aracılığıyla pozitif bir değere dönüştürerek DA portu üzerinden görüntülenir. Dalga formundan faz kilit açısının 0 ile 2 arasında değiştiği görülebilir.
Mevcut tahmini temel alan farksız güç ayırma kontrol stratejisi, ayırmadan sonra şebeke voltajı ve şebekeye bağlı akımın ikili kapalı döngü kontrolünü sağladığından, kontrol sisteminin çıkış enerjisi ve güç faktörü id ve iq kontrol edilerek ayarlanabilir ve şebekeye bağlı güç ayarlanabilir. Ve güç kalitesi.
4. Sonuç
Bu makale, teorik ve deneysel olarak bir transformatöre dayanan dijital faz kilitli bir döngünün fizibilitesini analiz eder ve doğrular ve 1,2 kVA prototipine uygulamak için mevcut tahmin ölü atışı yöntemini ve uzay vektör modülasyon teknolojisini birleştirir. Simülasyon ve deneysel sonuçlardan, bu yöntemin şebekeye bağlı faz kilitli için güçlü bir uygulanabilirliği vardır.Aynı zamanda, dijital faz kilitli döngünün iyi kararlı durum özelliklerine ve dinamik özelliklere sahip olduğu ve verilen bir akımın hızlı ölçümünü gerçekleştirebildiği görülebilir. Doğru izleme ve iyi faz kilitli dalga formu.
Referanslar
Zhao Ke, Cao Xiaoli, Xie Guofeng. UPS invertörü üzerine, tekrarlayan kontrol ve ölü atım kontrolüne dayalı araştırma. Journal of Nanchang Hangkong University (Natural Science Edition), 2012 (4): 41-44, 93.
Hong Xiaoyuan, Lu Zhengyu. Eşzamanlı bir referans koordinat sistemine dayalı üç fazlı dijital faz kilitli döngü. Journal of Electrotechnical Technology, 2012 (11): 203-210.
Hou Shiying, Zhang Yi.Üç fazlı voltaj tipi SVPWM doğrultucuda yeni dijital faz kilitli döngü uygulaması.Elektrik Güç Otomasyon Ekipmanları, 2011 (7): 48-51.
Yang Yong, Ruan Yi, Ye Binying ve diğerleri.Üç fazlı şebekeye bağlı invertörler için Deadbeat akım tahmin kontrol yöntemi.Çin Elektrik Mühendisliği Bildirileri, 2009, 29 (33): 40-46.
Fu Xiaofan, Zhou Keliang, Cheng Ming ve diğerleri Rüzgar çiftliklerinin şebeke bağlantısı için VSC-HVDC'nin Deadbeat ayırma kontrol stratejisi. Journal of Electrotechnical Engineering, 2009, 24 (11): 157-164.
Rui Qihua, Du Shaowu, Jiang Weidong ve diğerleri.Üç fazlı fotovoltaik şebekeye bağlı invertörler için SVPWM akım kontrol teknolojisi üzerine araştırma.Güç Elektroniği Teknolojisi, 2010 (4): 4-5.
Pei Xuejun, Chen Cai, Kang Yong.Üç fazlı Gerilim Kaynaklı İnvertör DC Tarafı Destek Kapasitörünün Gerilim Dalgalanmasının Analizi ve Tasarımı.Elektroteknik Teknoloji Dergisi, 2014 (3): 254-259, 269.
Cao Hao, Liu Dejun, Feng Ye, et al.Güç harmonik algılamasında tüm fazlı zaman kaydırmalı faz farkı yönteminin uygulanması.Elektrik Ölçümü ve Enstrümantasyon, 2012 (7): 24-28.
Huang Tianfu, Shi Xinchun, Wei Debing, vd.Güç Sistem Koruması ve Kontrolü, 2012, 40 (11): 36-41. Üç fazlı fotovoltaik şebekeye bağlı invertör üzerine araştırma.
Yang Yong, Ruan Yi, Wu Guoxiang, vb. DPWM1'e göre ölü atım ayırma kontrolüne sahip üç fazlı şebekeye bağlı inverter.Elektroteknik Mühendisliği Dergisi, 2010, 25 (10): 101-107.
Yao Zhilei. Şebekeye bağlı inverterlerin anahtar teknolojileri üzerine araştırma Nanjing: Nanjing Havacılık ve Uzay Üniversitesi, 2012: 25-27.
