PSCAD之LV6,控制系統簡介
PSCAD之LV6,控制系統簡介
來自專欄基於pscad的電力電子補全計劃
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寫在最前面的，當然是提綱挈領的廢話。凡是商品都有目標人群，文章也該如此，一篇文章寫了什麼，是寫給誰看的，看完之後會起到什麼作用，應該是作者在一開始就簡明扼要的提出的，否則讀者讀了文章發現毫無用處，作者挨罵，讀者無獲，皆不歡喜。
本文的先導內容包括自動控制基礎，受眾是電類專業的學生，看完之後希望你能對PSCAD的CSM（control system model，控制系統模塊）有一個大體的認識。
如果你把這篇文章看做一個副本，那麼打副本前你需要的準備有：
- 一個激活過pscad的計算機
- LV3
- 一顆想要學習pscad的心
打完副本後你將獲得：
- CSM使用經驗
- PI控制的深層理解
- BUCK電路控制經驗
- Level UP
在這個副本中，有3個小boss，它們分別是：
- 搭建主電路
- 設計主電路控制模塊（此處可以參考PSCAD之LV5，自定義模塊，將控制模塊封裝起來）
- 分析電路模擬結果（此處可對比占空比控制電力電子補全計劃之LV2，直流斬波buck電路）
1.搭建主電路
主電路拓撲結構如圖1-1所示，電路工作原理如文《電力電子補全計劃之LV2，直流斬波buck電路》所述，已知其輸出電壓可由式 表達，即控制IGBT的開關脈衝g就可以控制電路輸出電壓
- 在主器件庫選取電源，如圖1-2所示。雙擊電源設置參數為理想電源，不接地，內部輸入參數，直流電源，如圖1-3所示。
2.在主原件庫的Power Electronics子庫中，選中IGBT和Diode原件，如圖1-4所示。設置IGBT參數不需要插補脈衝和緩衝電路，如圖1-5所示。至於二極體，要不要緩衝電路都行，可不做設置。
3.搭建如圖1-1所示主電路。
2.設計主電路控制模塊
根據方程 ，我們設置電源電壓為10kV，輸出電壓為5kV（PSCAD基本單位為kV），通過PI控制來控制占空比
，如圖2-1所示。
該控制邏輯很簡單，Ref=5為控制目標，U為輸出電壓，此處為負反饋。
開始時U=0，（Ref-U）>0，PI輸出增大，占空比 增大，U增大。
一段時間後U=Ref，（Ref-U）=0，PI輸出不變，占空比 不變，輸出電壓穩定。
輸出電壓U波形如圖2-2所示。
此處要注意的點有幾個：
- PI控制為無差控制，但是此處控制的是IGBT(g=1，IGBT導通，g=0，IGBT關閉），而比較器輸出的是電平，所以其本質上是一個依靠輸出電壓負反饋的誤差控制。放大看可以看到，其輸出電壓在4.948到4.953之間波動，如圖2-3所示。
2.PI參數的調整很重要，若I參數過小，會由於慣性太小，占空比 增大過快出現一個超調量，如圖2-4所示。
3.此處採用的是調製波（PI輸出）與載波（信號發生器）比較產生IGBT的控制信號的方式，該方式的重點在於調製波與載波的幅值匹配。此處PI環節的輸出限幅為[-10,10]，信號發生器產生的三角波幅值也設定為[-10,10]，頻率為6kHz，如圖2-5所示。
3.分析電路模擬結果
從圖2-4的輸出波形來看，PI控制完全能夠達到控制要求，且相較於占空比控制，輸出性能和抗干擾能力更強，所以在實際工程中多採用PI閉環控制。但是需要注意的是，占空比控制是PI控制的基礎，PI控制的本質就是變占空比控制，即使是PI控制，也是通過改變占空比來改變輸出電壓的，這就是課本上為什麼著重介紹占空比
控制的意義。
至於更進一步的數學分析，敬請期待下一個副本，LV7:PSCAD的MATLAB分析方法。
為了方便閱讀，特將文章目錄附於下方：
李雲浩：暗線，PSCAD快速入門總覽
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