4．存在的困难与问题 虽然现在进度合格，但是还有一系列的问题有待解决： 1） 、负载电流波动比较大； 2） 、功率平衡的计算还存在一些问题； 3） 、各种模拟负载的仿真； 4） 、pi 调节器的设计问题； 5） 、整体仿真的改进。
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图 2-8
简化后电压环等效结构图
对其的反馈部分 simulink 仿真如下图：
图 2-9
电能反馈部分仿真图
2.4 整体仿真 整体仿真图如下：
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图 2-10 整体仿真
图 2-11 负载电流
图 2-12 直流侧电压
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图 2-13 电流反馈电网图
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3．后期拟完成的研究工作及进度安排 2014.5.4-2014.6.1: 根据仿真结果对系统进行修改； 2014.6.4-2014.6.17: 准备毕业论文； 2014.6.18-2014.6.23: 修改论文，准备答辩； 2014.6.26-2014.6.27: 提交论文等材料。
图 2-3
单管级联型 BOOST 变换器的电路图
并对其中原件的参数进行了设计与计算。 对于逆变电路选择了易于控制的电压型单相全桥逆变电路， 最后通过 LCL
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滤波器链接到 220V 的交流电网中。其中对 LCL 滤波器进行了建模分析：
图 2-4 LCL 滤波器频域等效电路图
得其传递函数为：
GF s
图 2-7 滞环电流控制基本原理图
此外，PID 控制器因其原理简单、适用性强、对被控对象参数变化不敏感 等优点而广泛的应用在了工业控制系统当中。其中 PI 控制的作用是增大低频 增益和提高系统的稳态精度，在本文中电压外环选择 PI 控制就可使控制系统 满足指标的要求。
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根据文献了解，滞环电流控制，因其本身是一种典型的非线性控制方法， 不具有完备的线性小信号模型支持， 通常采用描述函数法进行分析， 仅考虑其 基波分量， 又因此处内电流环对电流指令的跟踪速度远快于瞬时外电压环对波 形的跟踪速度，所以在低频小信号下，为简化电压环设计，可将电流环等效为 1 一个比例环节 Gi s ，则简化后的电压环等效结构如图 2-8 所 k fi
2．目前已完成的研究工作及结果 正如开题报告中的系统整体方案的设计， 将能馈型电子负载的设计大致分为两 个部分
图 2-1
电子负载工作原理图
第一部分为负载模拟部分，第二部分为能量回馈部分。进而细分，第一部 分可分为主电路的设计和控制部分的设计， 第二部分也可以分为主电路的设计 以及控制部分的设计。 这样我的整体的方案为了四个小部分。 其中我将两个电 路设计的部分整合到一起，就形成了最后三个部分。
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2.1 主电路的设计 本文电子负载的设计是针对于太阳能电源设计的， 光伏电池的单体电压通 常都很低，仅为 0.4V~0.6V 左右，使用时需对其进行串联升压,常见太阳能电 池组件是串联 36/48/72/96 片，即组件的电压通常在 18/24/36/48V 左右。我选 取了针对 48V 电源的电子负载的设计， 如欲将测试用的电能回馈至 220V 交流 电网，则需控制直流母线电压值大于电网电压的峰值 220 2 通常是将直流母 线电压升至 400V 左右。这就必然需要一个升压电路以满足逆变需要。所以主 电路的基本设计是：
图 2-2
能馈型直流电子负载系统基本框图
传统的 Boost 变换器尽管在理论上可以无限升压， 但是在实际应用中其升 压比却受各种寄生因素的影响而无法达到很高， 通常仅为四到五倍左右。 根据 以上分析，本文拟在系统的负载模拟部分采用具有宽调压特性的高升压比 DC/DC 变换器。 在经过对于一些升压电路的学习，例如：Boost 升压电路，Double-Boost 变换器，单管级联型 Boost 变换器等，最终选择单管级联型 Boost 变换器作为 本设计中的升压电路。
图 2-5 负载模拟部分单管级联 Boost 变换器的电流闭环控制框图
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图 2-6
负载模拟部分仿真图
2.3 并网逆变控制环节的设计 并网逆变部分的控制目标是：1）控制直流母线电压稳定在 400V，以保证 系统的功率平衡和并网逆变的顺利进行。2）控制并网电流与电网电压的相位 和频率相同， 保证将测试所用的电能以单位功率因数馈送到电网中， 最大限度 的回收利用电能。 在多次的尝试之后， 我对并网逆变部分控制策略的选择， 采用电压电流双 闭环的控制方式， 即直流母线电压外环和并网电流内环， 其中内环采用滞环电 流控制。
2.2 负载控制环节的设计
I2 s 1 sCR 3 2 Ui s s L C 2s 2 LCR 2sL
（2-1）
由上面的分析可知,负载模拟部分采用的升压变换器之后，为了实现模拟真 实负载的功能,需为其设计电流跟踪控制器。负载模拟部分的单管级联 Boost 变换器的输入电流进行闭环控制框图如图 2-5 所示，
哈尔滨工业大学
学士学位论文中期报告
姓 班 导
名 级 师
胡浩 1002302 李军远
论 文 题 目能馈型电子负载的设计 中期报告日期 2014.5.10
1．开题报告中课题总体进度安排如下： 2013.12.12-2013.12.27: 信息收集； 2013.12.28-2014.1.4: 阅读、整理收集的资料； 2014.1.5-2014.3.22: 准备撰写开题报告，制作 PPT； 2014.3.22-2014.4.5: 完成系统中主电路的设计； 2014.4.5-2014.4.20: 完成系统中控制策略的基本设计； 2014.4.21-2014.4.30: 完成外围电路的设计； 2014.5.1-2014.5.3: 进行系统仿真与调试； 2014.5.4-2014.6.1: 根据仿真结果对系统进行修改； 2014.6.4-2014.6.17: 准备毕业论文； 2014.6.18-2014.6.23: 修改论文，准备答辩； 2014.6.26-2014.6.27: 提交论文等材料。 现在是 2014.5.10 我现在进度应该如上文所述到仿真与调试阶段，实际上 我的总体进度正是在仿真与调试阶段，完成我初期对于设计工作的预期进度。
传递函数， Gid s 为单管级联型变换器的占空比至输入电流传递函数。其中
Gc s K p K I 1 ，取 K p 137 ， K I 1.2 。 s 并对其做出了 simulink 的仿真，如下图：
其中，Gc s 为设计的补偿网络的传递函数，GM s 为 PWM 脉宽调制器