中小功率并網(wǎng)逆變器的研制資料下載

??0 引言 ??當今社會，能源已成為制約世界經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)鍵問題之一。解決能源問題的根本辦法是開發(fā)利用環(huán)保型的新型可再生能源，如太陽能發(fā)電、燃料電池發(fā)電等。歐洲、美國在這方面已經(jīng)相繼走在了世界的前列，如德國萊比錫市已建成世界上功率最大的太陽能發(fā)電站并正式并網(wǎng)發(fā)電。 ??分布式發(fā)電的研究成???進一步為太陽能等新型能源的利用帶來了新的概念。分布式發(fā)電可以簡單理解為一種單臺中小功率、大規(guī)模的發(fā)電方式。例如最近討論熱烈的“屋頂計劃”——每家每戶都利用屋頂太陽能板，成為獨立的發(fā)電個體，再通過數(shù)量形成規(guī)模效應(yīng)。 ??而分布式發(fā)電需要有一種能將能量反饋到電網(wǎng)的電力電子接口裝置，我們通常稱之為并網(wǎng)逆變器。由于該逆變器在整套設(shè)備中具有關(guān)鍵作用，如何提高其性能以滿足能量傳輸和電能質(zhì)量的要求已成為近年的研究熱點。 ??本文介紹了一種基于電壓矢量圖計算的倍頻式電壓型單相并網(wǎng)逆變器，通過DSP控制系統(tǒng)實現(xiàn)了間接電流控制，保證了單位功率因數(shù)。具有控制簡單，穩(wěn)定性好，電網(wǎng)諧波污染小等優(yōu)點，特別適用于中小功率的分布式并網(wǎng)發(fā)電的應(yīng)用場合。 ??1 主電路結(jié)構(gòu) ??根據(jù)采用隔離變壓器的類型，并網(wǎng)逆變可分為低頻環(huán)節(jié)并網(wǎng)逆變、高頻環(huán)節(jié)并網(wǎng)逆變以及非隔離型并網(wǎng)逆變［3］。低頻環(huán)節(jié)并網(wǎng)逆變器采用工頻變壓器作為與電網(wǎng)的接口，電路結(jié)構(gòu)簡潔、效率較高，但缺點是變壓器體積和重量大、音頻噪音大，并不適合分布式發(fā)電的場合；而非隔離型并網(wǎng)在一些國家禁止使用，因此，本文采用直接掛在電網(wǎng)上運行的高頻環(huán)節(jié)并網(wǎng)逆變器，單相全橋主電路如圖1所示。 ?? ??圖2為其理想電路模型。 ?? ??圖1中，Ud為并網(wǎng)逆變器的直流輸入電源。Ud通過高頻鏈DC／AC逆變技術(shù)將初級電源（如太陽能電池等）提供的低壓直流電變換為質(zhì)量較高的高壓交流電。US、UL和UN分別為逆變器輸出電壓、電感L端電壓和電網(wǎng)電壓有效值。電感L除了濾除高頻諧波外，還兼有平衡逆變器和電網(wǎng)之間電壓差的作用。 ??2 間接電流控制策略分析 ??作為并網(wǎng)用逆變器，其理想狀態(tài)是輸出功率因數(shù)λ=1，即網(wǎng)側(cè)電流iN無畸變且與電網(wǎng)電壓UN相位一致，這樣回饋到電網(wǎng)的只有有功功率。根據(jù)圖2等效模型，忽略電感電阻和線路電阻所得的電壓矢量圖如圖3所示。 ?? ??設(shè)輸入功率為P，由圖3可知 ?? ??從而有 ?? ??另外，輸出電壓滿足 ?? ??對于SPWM逆變器來說，輸出電壓基波滿足 ?? ??式中：m為調(diào)制比。 ?? ??可見，當UN和L值一定的情況下，根據(jù)所給定的功率P和并網(wǎng)輸出電流，IN，可通過式（2）和式（5）唯一確定US相對于UN的超前角φ和SPWM的調(diào)制比m，從而達到控制輸出電壓Us的幅值和相位，并最終調(diào)整并網(wǎng)輸出電流iN的目的。此外，在US動態(tài)調(diào)整的過程中，為保證單位功率因數(shù)，輸出電壓向量的改變值應(yīng)該使得電感上的壓降UL始終超前電網(wǎng)電壓并與之正交，如圖3中虛線所示。 ??由上面分析可知，若取流經(jīng)L的輸出電流iL為狀態(tài)變量，且考慮到電感和線路等效電阻r，可得該并網(wǎng)逆變器數(shù)學(xué)模型的Laplace表達式為 ?? ??當逆變器開關(guān)頻率較高時，忽略開關(guān)器件和死區(qū)的影響，則逆變器可以近似等效為一個放大環(huán)節(jié)KPWM，從而有間接電流PI閉環(huán)控制框圖如圖4所示。 ?? ??3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 ??本實驗設(shè)計的高頻并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)硬件框圖如圖5所示。 ?? ??包括TMS320LF240 DSP控制核心、電壓電流檢測、控制與保護、驅(qū)動、控制電源以及人機界面5部分。 ??電壓電流檢測電路與保護電路須與主電路保持隔離。因此，電網(wǎng)電壓的檢測通過工頻采樣變壓器實現(xiàn)；電感電流通過霍爾元件得到。 ??電網(wǎng)同步信號檢測電路如圖6所示。 ?? ??降壓變壓器輸出的電網(wǎng)信號經(jīng)過同步檢測電路后輸出相位和頻率與電網(wǎng)電壓相同的方波信號，最終利用DSP捕捉單元來實現(xiàn)簡單鎖相。DSP中斷程序的軟件濾波進一步保證了檢測的可靠性。 ??直流電壓檢測電路如圖7所示， ?? ??采用線性光耦來達到采樣和隔離的目的，則有