逆变器pid原理动画图



电力电子技术专题--电流电压双环控制

电流电压双环控制

定义：

电流电压双环控制是一种在电力系统和电动机驱动中广泛应用的控制策略。该策略通过分为内部电流环和外部电压环来实现控制，从而形成一个二级控制结构。电压环用于监控和调节系统输出的电压信号，确保其符合设定值；电流环则用于控制电机的运行状态和转矩，通过控制给定的电流来实现高效的电机运行。

工作原理：

电压外环：

输入电压信号进入系统。

输入电压信号和期望电压信号进行比较，输出一个误差信号。

电压环误差信号进入PI控制环，输出电压环输出信号。

电流内环：

电压环输出信号与实际电流信号进行比较，输出电流环误差信号。

电流环误差信号进入PI控制环，输出电流环输出信号。

电流环输出信号作用于实际硬件电路。

针对问题：

上升太慢如何解决？

上升太慢通常意味着系统的响应速度不够快，这可能是由于控制环的增益设置过低或者系统存在较大的惯性。为了解决这个问题，可以采取以下措施：

增加控制环的增益：提高电压环和电流环的比例增益（Kp）可以加快系统的响应速度。但是，过高的增益也可能导致系统不稳定，因此需要在保证稳定性的前提下逐步增加增益。

优化PI控制器参数：通过调整PI控制器的比例增益（Kp）和积分增益（Ki），可以优化控制器的性能，使其在保证稳定性的同时提高响应速度。

减少系统惯性：如果可能的话，可以通过优化系统结构或减小系统负载来减少系统的惯性，从而加快响应速度。

超调过大如何解决？

超调过大通常是由于控制环的增益设置过高或者系统存在非线性因素导致的。为了解决这个问题，可以采取以下措施：

降低控制环的增益：适当降低电压环和电流环的比例增益（Kp）可以减少超调量。但是，过低的增益可能导致系统响应速度变慢，因此需要在保证响应速度的前提下逐步降低增益。

调整PI控制器参数：通过调整PI控制器的积分增益（Ki），可以减小超调量并改善系统的稳定性。一般来说，增加积分增益可以减小超调量，但也可能导致系统振荡，因此需要根据实际情况进行调整。

引入非线性控制策略：对于存在非线性因素的系统，可以考虑引入非线性控制策略，如抗饱和控制、限幅控制等，以减小超调量并提高系统的稳定性。

增加系统阻尼：在某些情况下，可以通过增加系统阻尼来减小超调量。例如，在电动机驱动系统中，可以通过增加负载惯量或减小电动机的转动惯量来增加系统阻尼。

软件实现与实验：

通过提供的软件实现代码和实验，可以进一步理解电流电压双环控制的工作原理和实际效果。代码中通过模拟控制循环来模拟系统的动态响应，并通过可视化工具展示了电流和电压的控制效果。实验则展示了电压外环和电流内环的实际控制效果，有助于进一步理解控制策略的实际应用。

应用实例：

在实际应用中，电流电压双环控制被广泛应用于电动机驱动、逆变器和其他电力电子设备中。通过确定电流和电压的目标值，并在控制算法中调节反馈环的增益，可以实现快速响应和稳定性。同时，通过实施PID控制器来分别管理电压环和电流环，可以进一步优化系统的性能。

综上所述，电流电压双环控制是一种有效的控制策略，通过合理调整控制环的增益和PI控制器参数，可以解决上升太慢和超调过大等问题，提高系统的响应速度和稳定性。

BLDC滞环控制仿真

BLDC滞环控制仿真

BLDC（无刷直流电机）滞环控制仿真是一种有效的电机控制策略验证方法。以下将详细介绍如何使用GCKontrol搭建BLDC及其滞环控制模型，并进行仿真分析。

一、系统设计与模型搭建

系统设计框图

BLDC控制系统设计框图如图1所示，主要包括控制器模型、电压逆变器模型、电机本体模型和霍尔传感器模型。

模型搭建

使用GCKontrol搭建的BLDC电机系统视图如图2所示。

二、BLDC本体模块

电流与电压

BLDC定子绕组为三相星形连接，无中线引出。各相绕组的电压、电流和反电动势的关系如图3和相关公式所示。

反电动势波形如图5所示，采用分段线性法建立梯形波反电动势波形。

转矩与转速

电机的电磁转矩由绕组的合成磁场和转子磁场相互作用产生，计算公式如图7所示。电机的运动方程和转速计算模块如图8所示。

三、霍尔传感器

霍尔传感器可以检测磁场的变化，并将磁场方向变化信号转化成不同的高低电平信号输出。通过检测霍尔传感器的输出信号，可以判断电机的电角度位置，用于判断参考电流信号。霍尔传感器磁场检测示意图和信号变化示意图如图9和图10所示。

四、控制模型

转速控制

转速控制采用PID控制算法，输出为三相参考电流，限定幅度为±20A。电机转速控制模块如图11所示。

参考电流

参考电流模块根据电流幅值信号和位置信号给出三相参考电流，直接输入电流滞环控制模块。

电流滞环控制模块

电流滞环控制模块采用滞环控制原理实现电流的调节。滞环型PWM逆变器的工作原理如图12所示。当给定电流值与反馈电流值的瞬时值之差达到滞环宽度正边缘时，逆变器开关管VT1导通，VT2关断，电流上升；反之，当差值达到滞环宽度负边缘时，VT1关断，VT2导通，电流下降。

五、逆变器模块

本示例工程使用三相半桥逆变器作为驱动电路，其拓扑图如图13所示。逆变器通过滞环控制输出的PWM波进行控制，实现逆变器功能，驱动电机转动。逆变器等效模型如图14所示。

六、仿真分析

模型参数

模型参数设置如图15所示。

仿真结果

仿真结果如图16和图17所示。在0.2S时，电机期望转速由500rpm阶跃至1500rpm；在0.5S时，电机期望扭矩由0Nm阶跃至0.1Nm。从结果可以看出，电机转速与扭矩能够很好地跟随设定值变化，跟随性良好。

七、总结

使用GCKontrol搭建控制模型及电机模型，可以完整实现BLDC电机的滞环控制仿真。从仿真结果可以看出，电机的反电动势及电流曲线与理论一致，能够很好地模拟电机运行的情况，方便后续进行数据分析验证。此外，使用GCKontrol搭建的模型支持生成C代码，可以载入嵌入式开发板中，实现电机的控制系统开发集成，也可将电机模型封装为FMU载入GCAir等软件中进行实时仿真与HIL测试等工作。

光伏组件PID效应

光伏组件PID效应

PID（Potential Induced Degradation）电势诱导衰减效应，是指光伏面板在长时间工作后性能会发生逐渐衰减的反应。以下是关于光伏组件PID效应的详细解析：

一、PID效应的定义与成因

PID效应是指由于组件长期在高电压作用下，使得玻璃、封装材料之间存在漏电流，大量的电荷聚集在电池片表面，导致电池板表面的钝化效果恶化，进而引起FF（填充因子）、Isc（短路电流）、Voc（开路电压）降低，使组件性能低于设计标准。

二、PID效应的影响

PID效应可能使光伏组件严重退化，由此引起的组件功率衰减有时甚至超过50%。这种衰减不仅影响整个系统的发电能力和总输出功率，还会降低光伏电站的投资收益率。因此，PID效应已成为光伏行业需要重点关注和解决的问题之一。

三、PID效应的解决方案

针对PID效应，业界已经提出了多种解决方案。其中，Projoy推出的防PID装置是一种较为有效的解决方案。该装置应用PID变化可逆的原理，在夜间强制给组件加入正偏置的电压，对PID效应电池板进行修复。

工作原理：Projoy-PID与逆变器直流输入并联，在光伏组件的负极和地（PE）之间施加一个高电压，且可根据直流输入电压实现智能调节。在夜间，该装置能把光伏组件在白天因为负极与地之间的负偏压所积累下来的电荷释放掉，进而修复那些因为PID效应导致效率衰减的光伏组件。此外，该设备还具有检测光伏组件和地的绝缘阻抗（包括光伏组件和逆变器，系统阻抗必须大于200kΩ）和侦测电网电压情况的功能。

连接示意图与修复效果：通过连接示意图可以看出，Projoy-PID支持多路MPPT的逆变器，并且每路MPPT可以是多组串并联。运行超过3年的电池板，经过Projoy-PID修复后，其功率衰减得到了显著改善。

优势：此种PID解决方案具有成本较低、不影响原来的光伏系统结构且不会带来额外风险、安装简单方便以及修复效果明显等优势。

四、PID效应的预防措施

除了采用上述解决方案外，还可以通过以下措施来预防PID效应的发生：

选用高质量的光伏组件：选择经过严格测试和认证的光伏组件，确保其具有良好的抗PID性能。优化系统设计：合理设计光伏系统的结构和布局，避免组件之间产生过大的电压差和漏电流。加强运维管理：定期对光伏系统进行运维检查，及时发现并处理潜在的PID问题。

五、总结

PID效应是光伏行业需要重点关注和解决的问题之一。通过采用有效的解决方案和预防措施，可以降低PID效应对光伏系统性能的影响，提高光伏电站的投资收益率。随着技术的不断进步和经验的积累，相信未来会有更多更好的解决方案出现，为光伏行业的可持续发展提供有力保障。

光伏技术进阶篇一文读懂双面光伏组件的PID原理及解决方案

PID（Potential Induced Degradation）现象，即电势诱导衰减，指太阳能电池在长时间承受一定外部电压下发生功率衰减的现象。这一现象最早在2005年被美国公司SUNPOWER发现，被认为是一种极化效应。在2010年，NREL和Solon提出了PID风险的普遍性。如今，PID现象成为光伏行业面临的一个重大问题，尤其在高温高湿应用环境下，功率衰减更为严重，严重影响光伏电站的使用寿命。

PID失效的机理包括半导体体结变化导致的分流现象（PID-s，shunt分流）、电离腐蚀和大量金属离子迁移、以及半导体活性区受损害，钝化效果恶化（PID-p，polarization极化）。PID-s主要发生在正面，原因是组件和边框之间形成负偏压导致Na+迁移，形成漏电流通道；PID-p则发生在背面，Na+聚集在电池片背面膜层，吸引背面少子和钝化层氧化铝，导致钝化效果恶化。PID-p现象在靠近负极输出端的组件中更为明显，且越靠近边框的电池片EL图像越黑。

对于双面双玻的P-PERC电池，正面主要发生PID-s现象，背面则发生PID-p现象。正面PID-s衰减会导致电池并联电阻减小、漏电流增大和填充因子下降；背面PID-p现象则导致Isc大幅降低、Voc相对降低。PID-s衰减通常难以恢复，而PID-p衰减可以通过光照或加反向电压修复。

N型双面双玻电池的正面和背面均可能发生PID-s和PID-p现象，N型电池的正面PID衰减大于背面衰减。正面PID-s现象通过组件与边框形成负偏压，Na+快速进入膜层并穿过PN结形成漏电流通道。正面PID-p现象则是Na+快速进入膜层，吸引钝化层Al2O3的负电，导致正面钝化效果恶化。背面PID-s现象同样通过组件与边框形成负偏压，Na+快速进入膜层并穿过PN结形成漏电流通道。

总结及PID解决方案包括：

PID失效的主要原因是电荷聚集破坏电池正极，导致钝化效果恶化，引发衰减。

P型电池背面、N型电池正面是PID风险较高的位置，N型电池因漏电阳离子离PN结更近，影响更大。

双面双玻使用非极性分子为饱和键的POE作为封装材料，能有效减缓PID现象。

优化电池减反膜SiNx，调整折射率和增加致密性，一般为2.10比较合适，以提高抗PID性能。

P型双面双玻中，透明背板作为背玻，由于难以电离出带正电离子，在其他材料一致的情况下，理论上比双面双玻有更好的抗PID效果。

解决方案还包括：对于使用隔离型光伏逆变器的电站，可通过逆变器负极接地解决；对于集中式和分布式光伏电站，可通过抬升虚拟中性点电位、使用防PID修复功能模块等方法实现PID抑制。

最后，PID测试标准依据IEC 62804，在实验箱内进行，条件包括温度60℃±2℃、湿度85%±3%、测试时间96H、施加电压-1500V。

光伏pid是什么意思啊

光伏pid是potential Induced Degradation，潜在电势诱导衰减，是光伏电池板的一种特性，指在高温多湿环境下，高电压流经太阳能电池单元便会导致输出下降的现象。

欧洲产业用途太阳能系统大多在比日本高的电压下使用，在设置5年后的系统中相继出现该现象，已经成为一个非常严重的课题。

从系统上而言，可以采用串联组件的负极接地方式来降低PID影响；将逆变器直流侧接地，但是现在的逆变器技术并不允许直流侧接地，主要是因为无变压器的逆变器对直流、交流不能进行隔离，所以不能接地。

扩展资料

PID与环境因素、组件材料以及逆变器阵列接地方式等有关。

因为PID衰减是一个可逆的过程，因此可以通过夜间对光伏组件施加反向电压来降低PID的影响；

另一种预防措施，就是采用微型逆变器：系统电压降低，且每台隔离型微逆直流负端可以接地，产生的PID效应应该可以降低甚至忽略不计；

含Si多的减反层比含N多的减反层更可以抵抗PID现象。改变折射率成为抗PID的手段之一，但改变电池减反层的折射率会改变电池生产成本和电池的发电效率，在不提高成本并且基本不改变效率的情况下做到抗PID对电池厂是一个非常大的难度。

百度百科-PID

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