導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫(xiě)好一篇逆變電源的設(shè)計(jì)，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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【關(guān)鍵詞】：無(wú)工頻變壓器；電路；電源

中圖分類(lèi)號(hào)： TM4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

一、正弦波逆變器的設(shè)計(jì)要求和主電路形式及參數(shù)

1.1逆變電源的設(shè)計(jì)要求和目標(biāo)

1）輸出電壓：輸出為單相220VAC（有效值），頻率為50Hz±1Hz。

2）輸出功率：4KW，允許過(guò)載20%，既Pomax=4800W。

3）輸出電流：允許失真度為3倍，既在電壓峰值時(shí)的電流峰值允許最大為有效值的3倍。最大有效值為Pomax/Voe=4800W/220V≈16.5A。

4）整機(jī)效率：設(shè)計(jì)目標(biāo)η≥78%。

5）輸入電壓：輸入：110/220V直流電壓波動(dòng)±15%

1.2主電路形式選擇

1.2.1無(wú)工頻變壓器的逆變電源工作原理

逆變電路以PWM方式首先將220VDC電壓逆變成高頻方波，經(jīng)高頻升壓變壓器升壓，再整流濾波得到一個(gè)穩(wěn)定的直流電壓，比如350VDC。這部分電路實(shí)際上是一套直流/直流變換器，既DC/DC或DC-DC。然后，由另一套逆變器以SPWM方式工作，將穩(wěn)定的直流電壓逆變成有效值稍大于220V的SPWM電壓波形，經(jīng)LC濾波后，就可以得到有效值為220V的50Hz交流電壓。

1.2.2主電路形式

無(wú)工頻變壓器的逆變電源實(shí)際上包含兩部分：一套DC/DC和一套SPWM逆變器。DC/DC的設(shè)計(jì)這里我們不討論。所以，這里只討論SPWM逆變主電路，其電路形式如下圖所示,電源350V。

單相SPWM逆變主電路

1.3 參數(shù)設(shè)計(jì)

1.3.1開(kāi)關(guān)管

逆變器允許輸出峰值電流為

Im=3Iom=3*5.5A=16.5A

所以開(kāi)關(guān)管選擇額定電壓為600V，額定電流30A。

1.3.2 LC濾波

L為工頻電感，電感量可選為1～3mH。為減小噪聲，選閉合鐵芯，如OD型硅鋼鐵芯（400Hz）或鐵粉芯鐵芯。

C為工頻電容，可以選CBB61-10µF-250VAC。

1.4 整體電路（如下圖）

二、逆變控制電路的設(shè)計(jì)

2.1 SG3525結(jié)構(gòu)框圖和引腳功能

逆變電源控制電路的核心是SPWM發(fā)生器。系統(tǒng)采用SG3525來(lái)實(shí)現(xiàn)SPWM控制信號(hào)的輸出，該芯片其引腳及內(nèi)部框圖如下圖所示。

直流電源Vs從腳15接入后分兩路，一路加到或非門(mén)；另一路送到基準(zhǔn)電壓穩(wěn)壓器的輸入端，產(chǎn)生穩(wěn)定的+5 V基準(zhǔn)電壓。+5 V再送到內(nèi)部(或外部)電路的其它元器件作為電源。

振蕩器腳5須外接電容CT ,腳6須外接電阻RT ,振蕩器頻率f由外接電阻RT和電容CT決定，f=1.18／RTCT ,逆變橋開(kāi)關(guān)頻率定為10kHz，取CT=O．22μF，RT=5 kΩ。振蕩器的輸出分為兩路，一路以時(shí)鐘脈沖形式送至雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及兩個(gè)或非門(mén)；另一路以鋸齒波形式送至比較器的同相輸入端，比較器的反向輸入端接誤差放大器的輸出。誤差放大器的輸出與鋸齒波電壓在比較器中進(jìn)行比較，輸出一個(gè)隨誤差放大器輸出電壓高低而改變寬度的方波脈沖，再將此方波脈沖送到或非門(mén)的一個(gè)輸入端。或非門(mén)的另兩個(gè)輸入端分別為雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和振蕩器鋸齒波。雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的兩個(gè)輸出互補(bǔ)，交替輸出高低電平，將PWM脈沖送至三極管V1及V2的基極，鋸齒波的作用是加入死區(qū)時(shí)間，保證V1及V2不同時(shí)導(dǎo)通。最后，V1及V2分別輸出相位相差180°的PWM波。

2．2 SPWM調(diào)制信號(hào)的產(chǎn)生

要得到正弦電壓的輸出，就要使逆變電路的控制信號(hào)以SPWM方式控制功率管的開(kāi)關(guān)，所得到的脈沖方波輸出再經(jīng)過(guò)濾波就可以得到正弦輸出電壓。通過(guò)SG3525來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出正弦電壓，首先要得到SPWM的調(diào)制信號(hào)，而要得到SPWM調(diào)制信號(hào)，必須得有一個(gè)幅值在l～3.5V，按正弦規(guī)律變化的饅頭波，將它加到SG3525腳2，并與鋸齒波比較，就可得到正弦脈寬調(diào)制波實(shí)現(xiàn)SPWM的控制電路框圖,如圖下所示。

基準(zhǔn)50Hz的方波是由555芯片生成的，用來(lái)控制輸出電壓有效值和基準(zhǔn)值比較產(chǎn)生的誤差信號(hào)，使其轉(zhuǎn)換成50Hz的方波，經(jīng)過(guò)低頻濾波，得到正弦的控制信號(hào)。當(dāng)電源輸出電壓發(fā)生變化時(shí)，會(huì)改變正弦信號(hào)的幅值，使SG3525輸出脈寬也發(fā)生相應(yīng)的變化，這就構(gòu)成了一個(gè)閉合的反饋回路，能有效穩(wěn)定輸出的波形。

三、其他回路設(shè)計(jì)

3.1 過(guò)電流保護(hù)電路

過(guò)電流保護(hù)采用電流互感器作為電流檢測(cè)元件，其具有足夠快的響應(yīng)速度，能夠在IGBT允許的過(guò)流時(shí)間內(nèi)將其關(guān)斷，起到保護(hù)作用。

從整體電路圖可知，過(guò)流保護(hù)信號(hào)取自CT2，經(jīng)分壓、濾波后加至電壓比較器的同相輸入端，如上圖所示。當(dāng)同相輸入端過(guò)電流檢測(cè)信號(hào)比反相輸入端參考電平高時(shí)，比較器輸出高電平，使D2從原來(lái)的反向偏置狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎驅(qū)ǎ淹喽穗娢惶嵘秊楦唠娖剑闺妷罕容^器一直穩(wěn)定輸出高電平。同時(shí)，該過(guò)電流信號(hào)還送到SG3525的腳10。當(dāng)SG3525的腳10為高電平時(shí)，其腳11及腳14上輸出的脈寬調(diào)制脈沖就會(huì)立即消失而成為零。

3.2 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)

驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)既要考慮在功率管需要導(dǎo)通時(shí)，能迅速地建立起驅(qū)動(dòng)電壓，又要考慮在需要關(guān)斷時(shí)，能迅速地泄放功率管柵極電容上的電荷，拉低驅(qū)動(dòng)電壓。具體驅(qū)動(dòng)電路如下圖所示。

其工作原理是：

1)當(dāng)光耦原邊有控制電路的驅(qū)動(dòng)脈沖電流流過(guò)時(shí)，光耦導(dǎo)通，使Q1的基極電位迅速上升，導(dǎo)致D2導(dǎo)通，功率管的柵極電壓上升，使功率管導(dǎo)通；

2)當(dāng)光耦原邊無(wú)控制電路的驅(qū)動(dòng)脈沖電流流過(guò)時(shí)，光耦不導(dǎo)通，使Q1的基極電位拉低，而功率管柵極上的電壓還為高，所以導(dǎo)致Q1導(dǎo)通，功率管的柵極電荷通過(guò)Q1及電阻R3速泄放，使功率管迅速可靠地關(guān)斷。

當(dāng)然，對(duì)于功率管的保護(hù)同樣重要，所以在功率管源極和漏極之間要加一個(gè)緩沖電路避免功率管被過(guò)高的正、反向電壓所損壞。

如需減小電源體積，驅(qū)動(dòng)電路可以選擇IR2110集成芯片。

3.3 欠壓電路

SG3525內(nèi)部自帶欠壓保護(hù)，故不用設(shè)計(jì)。

四、逆變器的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

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關(guān)鍵詞：低壓微網(wǎng)；PQ控制；V/f下垂控制；阻性虛擬阻抗；旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)；孤島模式

中圖分類(lèi)號(hào)：TM91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

為協(xié)調(diào)大電網(wǎng)與分布式電源間的矛盾[1]，充分挖掘分布式能源為電網(wǎng)和用戶(hù)所帶來(lái)的價(jià)值和效益，近年來(lái)學(xué)者們提出了微電網(wǎng)（Microgrid）的概念[2-3].微電網(wǎng)是指由分布式電源（DG）、儲(chǔ)能系統(tǒng)、負(fù)荷和保護(hù)裝置匯集而成的配電網(wǎng)子系統(tǒng).而與單純的分布式電源（DG）相比，微電網(wǎng)更能充分發(fā)揮微電源的各項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，并且實(shí)現(xiàn)微電源的大規(guī)模并網(wǎng)，同時(shí)可以向用戶(hù)提供不間斷電源（UPS）等服務(wù).

微電網(wǎng)中的微電源包括光伏電池、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、燃料電池、微型燃?xì)廨啓C(jī)、蓄電池和高速飛輪等等，通常情況下需要通過(guò)電力電子裝置將其與常規(guī)配電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行[4].對(duì)于像風(fēng)力發(fā)電和光伏電池這樣的微電源，其輸出功率的大小受天氣影響較大，發(fā)電具有明顯的間歇性，這種微電源通常只發(fā)出恒定的有功功率或執(zhí)行最大功率跟蹤，一般采用定功率PQ控制；對(duì)于像微型燃汽輪機(jī)、燃料電池、蓄電池等微電源，控制比較容易實(shí)現(xiàn)，既可以按照給定的有功無(wú)功進(jìn)行控制，又可以實(shí)現(xiàn)電壓頻率V/f下垂控制，其中電壓頻率V/f下垂控制可以用于保證微電網(wǎng)電壓和頻率的穩(wěn)定性[5-6].

在微電網(wǎng)中，對(duì)逆變電源的控制策略研究大多是集中在電壓幅值和頻率下垂控制策略方面，通過(guò)該控制策略，各個(gè)逆變電源相互獨(dú)立，在并網(wǎng)和孤島運(yùn)行時(shí)不需要進(jìn)行控制模式的切換，避免了運(yùn)行模式切換引起的換控制策略失敗的可能.而針對(duì)微電網(wǎng)一般接入低壓配網(wǎng)中，各個(gè)微電源與并聯(lián)母線之間的線路阻抗主要是呈阻性[7]，而采用電感電流和電容電壓的逆變器輸出阻抗主要是呈感性，這樣便使得逆變電源輸出的有功和無(wú)功與逆變器輸出電壓的幅值、相位之間存在比較嚴(yán)重的耦合.

本文把逆變器輸出的各種因素都考慮在綜合等效線路阻抗中，先通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)高壓大電網(wǎng)下垂控制[3]進(jìn)行分析，采用旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的方法，對(duì)傳統(tǒng)下垂控制進(jìn)行了擴(kuò)展，得到新的控制策略，在低壓電網(wǎng)的情況，實(shí)現(xiàn)了有功功率和無(wú)功功率的解耦，能夠有效地分擔(dān)變化的負(fù)載要求，這樣既能夠提高系統(tǒng)功率分擔(dān)的精度，同時(shí)也能夠?yàn)橄到y(tǒng)提高電壓及頻率的支撐.并且根據(jù)綜合等效線路阻抗一般呈阻感性，在逆變器控制策略中引入虛擬阻抗，并且合理設(shè)計(jì)逆變器控制參數(shù)，使得逆變器輸出阻抗呈阻性時(shí)可以采用簡(jiǎn)單的有功調(diào)電壓幅值，無(wú)功調(diào)頻的下垂控制策略[8-9].

1低壓微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

微電網(wǎng)中的電源多為微型電源，即含有電力電子接口的小型機(jī)組（小于100 kW） ，包括微型燃?xì)廨啓C(jī)、燃料電池、光伏電池以及超級(jí)電容、飛輪、蓄電池等儲(chǔ)能單元.根據(jù)微電網(wǎng)概念，提出了典型的低壓微電網(wǎng)基本結(jié)構(gòu)如圖 1所示.

圖1所示的微電網(wǎng)整體呈輻射狀結(jié)構(gòu)，微電網(wǎng)由多個(gè)分布式電源系統(tǒng)組成，主要的微電源包括如光伏電池、燃料電池、風(fēng)電機(jī)組等可再生的新能源以及儲(chǔ)能裝置、控制器、負(fù)荷等組成.其中微電網(wǎng)通過(guò)主分離器與外部電網(wǎng)連接，當(dāng)外部系統(tǒng)發(fā)生故障或者外部電能質(zhì)量不能滿足微電網(wǎng)內(nèi)用戶(hù)的要求時(shí)，該分離器動(dòng)作使微電網(wǎng)轉(zhuǎn)入孤島運(yùn)行.在饋線側(cè)則根據(jù)負(fù)荷的重要程度使用不同的供電方式.本文研究的微電網(wǎng)采用3個(gè)分散的DG單元和一個(gè)負(fù)荷通過(guò)線路和開(kāi)關(guān)并聯(lián)于母線上，在公共連接點(diǎn)（PCC）通過(guò)開(kāi)關(guān)和升壓變壓器連接到10 kV配電網(wǎng)上.

2低壓微網(wǎng)功率傳輸?shù)睦碚撔拚?/p>

但是絕大多數(shù)微電源都是接于低壓配電網(wǎng)中，而低壓情況下線路參數(shù)主要呈阻性.由表1可知，在高壓系統(tǒng)中線路阻抗以感性為主，然而微電網(wǎng)常常是接入低壓配電網(wǎng)中，而在低壓系統(tǒng)中線路阻抗近似呈現(xiàn)出純阻性（R>>X）.表1給出了典型的線路參數(shù)以及各種典型的適合低壓微網(wǎng)的傳輸常用導(dǎo)線參數(shù).從表中可知：適用于低壓微電網(wǎng)的導(dǎo)線阻抗比均大于1，說(shuō)明其線路電阻不能忽略.因此，傳統(tǒng)的下垂控制將會(huì)導(dǎo)致有功和無(wú)功功率控制耦合及系統(tǒng)穩(wěn)定性相關(guān)問(wèn)題，因此傳統(tǒng)的下垂控制在低壓微電網(wǎng)中不再適用.

3逆變電源控制器的設(shè)計(jì)

微電源的控制方式與其類(lèi)型有關(guān)，對(duì)于采用電力電子逆變器的微電源來(lái)說(shuō)，通常有3種控制方式：并網(wǎng)狀態(tài)下的 PQ 控制，孤島狀態(tài)下的調(diào)速差droop控制[10-12]以及V/f下垂控制[13-14].采用傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)接入微網(wǎng)的控制方式與傳統(tǒng)控制方式相似，作為微網(wǎng)大多采用微電源的形式.在并網(wǎng)模式下，要求儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠平抑分布式電源的并網(wǎng)功率波動(dòng)，減少功率波動(dòng)對(duì)微電網(wǎng)系統(tǒng)的沖擊，為此，一般采用PQ控制；在孤島運(yùn)行時(shí)能夠提供微電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓和頻率參考，且能合理地分擔(dān)負(fù)荷的功率，維持整個(gè)系統(tǒng)的功率平衡，通常采用電壓頻率（V/f）下垂控制[15].

在圖7中，以電感電流瞬時(shí)反饋控制為內(nèi)環(huán)，以電容電壓瞬時(shí)反饋控制為外環(huán).輸出電壓與參考電壓信號(hào)進(jìn)行比較，所得的誤差信號(hào)經(jīng)過(guò)瞬時(shí)電壓環(huán)PI控制器當(dāng)作電流內(nèi)環(huán)的參考給定值.逆變橋輸出濾波電感電流與電流給定的參考信號(hào)相比較，得到的誤差信號(hào)經(jīng)過(guò)瞬時(shí)電流環(huán)PI控制器作為 SVPWM 調(diào)制電壓信號(hào).濾波電感電流內(nèi)環(huán)的引入，使濾波電感電流成為可控的電流源，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性.同時(shí)，對(duì)包含在環(huán)內(nèi)的擾動(dòng)，能起到及時(shí)的調(diào)節(jié)作用，改善了系統(tǒng)性能.

4仿真分析

為了驗(yàn)證本文所提出的方法，搭建了共有3（n=3時(shí)）臺(tái)逆變器的低壓微電網(wǎng)系統(tǒng)如圖1所示，微網(wǎng)中各逆變器的參數(shù)見(jiàn)表2和表3，根據(jù)微電源控制圖和電路模型，利用MATLAB R2011a/Simulink進(jìn)行了仿真分析，為了便于分析，將微電源用直流電壓源代替.

由仿真波形圖可知，采用V/f下垂控制方法的DG的輸出電壓頻率在經(jīng)過(guò)短時(shí)間的震蕩后，其頻率能夠穩(wěn)定在50 Hz，三相輸出電壓幅值能夠恒定在其基準(zhǔn)附近（本文仿真采用標(biāo)么值，穩(wěn)定在1附近）.當(dāng)2 s時(shí)投入load3時(shí)，逆變器輸出的有功功率和無(wú)功功率發(fā)生變化，發(fā)出的有功功率和無(wú)功功率均增大，相應(yīng)地，逆變器輸出電流增大，但能保持其電壓穩(wěn)定在基準(zhǔn)值附近.由以上分析可知，采用本文提出的V/f下垂控制的DG輸出的實(shí)時(shí)功率能夠快速穩(wěn)定有效地追蹤系統(tǒng)內(nèi)負(fù)荷的變化，從而維持孤島系統(tǒng)內(nèi)的電壓和頻率穩(wěn)定.

5結(jié)論

微電網(wǎng)的基本運(yùn)行依賴(lài)于各個(gè)微電源，微電網(wǎng)存在兩種運(yùn)行方式.本文在不同的運(yùn)行模式下，設(shè)計(jì)了低壓微電網(wǎng)逆變電源的綜合控制策略.在聯(lián)網(wǎng)的模式下，微電源采用PQ控制，使得微電源發(fā)出指定的功率，且能夠保證不改變低壓配電網(wǎng)的電壓水平；在孤島模式下，采用V/f下垂控制策略，根據(jù)低壓線路參數(shù)呈阻性的特點(diǎn)，對(duì)傳統(tǒng)高壓大電網(wǎng)下垂特性進(jìn)行修正，通過(guò)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)正交變換矩陣，對(duì)電壓頻率V/f下垂控制進(jìn)行了改進(jìn)，使得傳統(tǒng)的V/f下垂控制得以擴(kuò)展應(yīng)用于低壓微網(wǎng)中，并能保證當(dāng)系統(tǒng)功率變化時(shí)微電源與負(fù)荷之間的功率平衡，而對(duì)受外界條件影響較大的微電源，即功率源型微電源依舊采用PQ控制.通過(guò)MATLAB/Simulink仿真，驗(yàn)證了控制策略的正確性與有效性，為后續(xù)工作奠定了基礎(chǔ).

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>> 基于FPGA+DSP的高速中頻采樣信號(hào)處理平臺(tái)的實(shí)現(xiàn) 光伏逆變輔助電源的設(shè)計(jì) 基于DSP平臺(tái)的人民幣編號(hào)識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 基于DSP的可擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 基于DSP平臺(tái)的語(yǔ)音編解碼模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 銀河飛騰DSP平臺(tái)以太網(wǎng)接口的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 基于STM32的數(shù)控穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 基于單片機(jī)的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 數(shù)字中頻接收機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 數(shù)字中頻調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 基于EDA技術(shù)的航空電源逆變控制電路設(shè)計(jì) X―DSP ALU與移位部件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 數(shù)控電火花加工脈沖電源的設(shè)計(jì)與實(shí)踐 便捷式數(shù)控電源的設(shè)計(jì)與制作 基于DSP的穩(wěn)定平臺(tái)設(shè)計(jì) 基于DSP的單相正弦波變頻電源設(shè)計(jì)與應(yīng)用 基于FPGA+DSP的數(shù)字中頻收發(fā)機(jī)的設(shè)計(jì) 數(shù)控沙盤(pán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 基于FPGA數(shù)控變頻電源的設(shè)計(jì) 數(shù)控穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) 常見(jiàn)問(wèn)題解答 當(dāng)前所在位置：

關(guān)鍵詞：逆變電源；串聯(lián)諧振；數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2013.10.008

引言

隨著電力電子技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，對(duì)逆變電源的性能及效率等要求也越來(lái)越高。串聯(lián)諧振中頻逆變電源是感應(yīng)加熱的關(guān)鍵設(shè)備，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，熔煉金屬及對(duì)工件進(jìn)行透熱、淬火和彎管等，常常采用中頻（150Hz～20kHz）諧振逆變電源裝置作為感應(yīng)加熱電源。

傳統(tǒng)的串聯(lián)諧振中頻逆變電源控制仍然多為模擬控制或模擬與數(shù)字相結(jié)合的控制系統(tǒng)[1-2]，存在如控制電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、采用較多的元器件，體積龐大、電源一致性差；系統(tǒng)工作不穩(wěn)定、控制精度不高、開(kāi)發(fā)調(diào)試復(fù)雜等缺點(diǎn)。克服以上缺點(diǎn)的方法是應(yīng)用數(shù)字處理技術(shù)，將傳統(tǒng)的模擬電源升級(jí)改造為數(shù)字化電源（DPS：Digital Power Supply）。數(shù)字電源控制電路的核心器件是數(shù)字信號(hào)處理器（DSP），通過(guò)微處理器的精確運(yùn)算來(lái)控逆變電源的各項(xiàng)性能和工作全過(guò)程，使控制電路高度集成、簡(jiǎn)化，且實(shí)現(xiàn)了數(shù)控化。本文設(shè)計(jì)了基于DSP芯片TMS320LF2407的10kW/10kHz 的串聯(lián)諧振中頻逆變電源，并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)方案的有效性和可行性。

中頻逆變電源設(shè)計(jì)

電源主電路設(shè)計(jì)

串聯(lián)諧振中頻逆變電源系統(tǒng)主電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。三相380V/50Hz交流電經(jīng)空氣開(kāi)關(guān)、熔斷器后加到由二極管模塊組成的三相不控整流橋，三相整流橋輸出的直流電壓Ud經(jīng)電解電容Cd濾波成平直的電壓，再加到由四個(gè)IGBT和四個(gè)反并聯(lián)二極管組成的單相全橋逆變器，逆變器輸出的電壓Uo經(jīng)中頻變壓器T隔離并降壓后送到由補(bǔ)償電容C和負(fù)載感應(yīng)器Lo組成的串聯(lián)諧振電路的兩端。中頻變壓器T用于負(fù)載匹配，感應(yīng)線圈等效電感Lo和電阻R以及諧振電容C組成變壓器次級(jí)串聯(lián)諧振槽路。

串聯(lián)諧振逆變電源工作原理

串聯(lián)諧振逆變電源等效電路如圖2所示，其移相控制原理及工作過(guò)程分析如下[3]：

圖2所示的主電路的控制采用了如圖3所示的移相控制策略。其基本原理是：檢測(cè)逆變器輸出電流 利用其過(guò)零點(diǎn)來(lái)產(chǎn)生滯后橋臂管VT4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)4gVTu（VT2管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)2gVTu與之互補(bǔ)）；由VT1和VT3組成的超前橋臂的驅(qū)動(dòng)信號(hào)1gVTu和3gVTu 分別超前于4gVTu和2gVTu，超前的角度為移相角α或者調(diào)節(jié)逆變橋輸出電壓的寬度o u，從而調(diào)節(jié)基波電壓的幅值，就能對(duì)電路輸出功率調(diào)節(jié)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

數(shù)字鎖相環(huán)（DPLL）控制

串聯(lián)諧振逆變電路工作在諧振狀態(tài)時(shí)，諧振回路呈電阻性，工作頻率等于負(fù)載的諧振頻率。由于逆變輸出所接負(fù)載的規(guī)格不同，感應(yīng)線圈的等效電感和等效電阻也將改變，諧振頻率會(huì)發(fā)生變化，如果不改變逆變電路IGBT的驅(qū)動(dòng)頻率，將使逆變器偏離諧振點(diǎn)，不僅使逆變橋上IGBT偏離零電流開(kāi)關(guān)點(diǎn)，而且引起開(kāi)關(guān)損耗增大，當(dāng)逆變器工作頻率高于負(fù)載諧振頻率較大時(shí)，在一定的P值下，還會(huì)使負(fù)載阻抗增大，逆變器的無(wú)功功率增加，輸出功率因數(shù)下降，功率容量不能充分利用。因此逆變控制系統(tǒng)必須具備頻率跟蹤功能，使逆變器的工作點(diǎn)保持在諧振點(diǎn)附近，從而實(shí)現(xiàn)IGBT的ZCS開(kāi)關(guān)，并且有效利用逆變器的輸出功率容量。一般的頻率跟蹤采用鎖相環(huán)控制（PLL），通過(guò)檢測(cè)輸出電壓和電流的相位差，控制鎖相環(huán)電路的觸發(fā)信號(hào)輸出頻率，達(dá)到頻率跟蹤的目的。本設(shè)計(jì)采用基于DSP技術(shù)的數(shù)字鎖相環(huán)（DPLL）來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率

的自動(dòng)跟蹤[4]。

串聯(lián)諧振中頻逆變電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。電源控制系統(tǒng)采用以TMS320LF2407為控制核心的硬件控制平臺(tái)，傳感器采集的各種檢測(cè)信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換后作為DSP的輸入信號(hào)，DSP根據(jù)檢測(cè)輸入的信息對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，逆變器中功率主開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)由DSP的事件管理模塊EV產(chǎn)生，并對(duì)最終產(chǎn)生的PWM波形輸出進(jìn)行死區(qū)控制；通過(guò)對(duì)負(fù)載電流和電壓的檢測(cè)、采樣、濾波、電平轉(zhuǎn)換和A/ D 變換處理后，與給定頻率作比較，進(jìn)行頻率鎖相跟蹤及移相功率控制；當(dāng)過(guò)流或過(guò)壓等故障信號(hào)產(chǎn)生時(shí)，硬件電路會(huì)封鎖逆變器的觸發(fā)信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能，同時(shí)，保護(hù)信號(hào)會(huì)使中斷口XINT發(fā)生中斷，立即進(jìn)行系統(tǒng)的其他保護(hù)處理。系統(tǒng)具有電壓、電流、工作頻率及諧振頻率等各項(xiàng)參數(shù)的顯示；電路設(shè)有過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)熱、缺相等全面的保護(hù)系統(tǒng)，并指示出各種故障便于維修；同時(shí)，還具有上下位機(jī)通訊功能，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)化控制或用計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制[5]。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論

篇4

關(guān)鍵詞：逆變電源； 并聯(lián)-并網(wǎng)； DCS控制； 反孤島測(cè)試

中圖分類(lèi)號(hào)：TN86-34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-373X(2011)24-0023-03

Electrical Energy Reuse Technique in Parallel-interconnection of Inverting Power Supplies

Xin Hua-mei

(College of Physics and Electronics, Shandong Normal University, Jinan 250014, China)

Abstract： An electrical energy reuse technique in parallel-interconnected inverting power supply based on DSP and DCS control is proposed. It adopts DCS control technology to achieve centralized management and decentralized control. The parallel technology employed in solar power inverter is also used to achieve the synchronization of the inverting power supply output parameters and anti-islanding detection of power grid. The methods to achieve electrical energy reuse and effectively improve the control flexibility and versatility of parallel-interconnected system are also studied. Testing results show that the electrical energy consumed by the form of heat energy can be changed into reusable electrical energy and reused by other electrical equipments. The technology can effectively achieve the energy conservation and improve economic benefits.

Keywords： inverting power supply; parallel-interconnection; DCS control; anti-islanding detection

收稿日期：2011-08-26

基金項(xiàng)目：科技型中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新基金項(xiàng)目（2003CB716202）；山東省科技發(fā)展計(jì)劃資助項(xiàng)目（2010GGX10136）

0 引 言

當(dāng)今世界能源問(wèn)題日益突出，能源的短缺和不可再生能源的消耗已經(jīng)嚴(yán)重制約了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。世界各國(guó)都在尋找新的能源形式，以滿足日益增長(zhǎng)的能源需求，同時(shí)大力提倡節(jié)能、環(huán)保，相繼制定了商業(yè)用電、工業(yè)用電和各類(lèi)電器的限電和節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)及措施。電源、電力電子、發(fā)動(dòng)機(jī)制造等行業(yè)，在生產(chǎn)過(guò)程中通常使用阻性負(fù)載進(jìn)行帶載測(cè)試、調(diào)試和老化等，消耗的能量一般都以熱能的形式耗費(fèi)掉，存在大量的電能浪費(fèi)現(xiàn)象。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，僅僅電源制造行業(yè)每年浪費(fèi)的電力就超過(guò)了11 000萬(wàn)kW，相當(dāng)于一個(gè)裝機(jī)容量為10萬(wàn)kW的發(fā)電廠45天滿負(fù)荷工作的發(fā)電量。因此，如何將這些以熱能形式耗費(fèi)掉的電能轉(zhuǎn)換為可再利用的電能，并與市電電網(wǎng)進(jìn)行并網(wǎng)，以直接供給其他電氣設(shè)備使用或終端用戶(hù)使用，從而進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，已成為一個(gè)熱門(mén)的研究課題。

目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)的研究主要包括電網(wǎng)的反孤島測(cè)試技術(shù)［1-4］和輸出參數(shù)同步技術(shù)［5］。對(duì)于DC/AC逆變電源多機(jī)并聯(lián)的技術(shù)研究主要包括集中控制法、主從控制法、分散邏輯控制法和外特性下垂直法等方法［6-7］。本文提出了一種逆變電源并聯(lián)-并網(wǎng)電能再利用技術(shù)，利用DCS控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)集中管理分散控制，利用太陽(yáng)能并網(wǎng)發(fā)電逆變電源中的并網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)逆變電源輸出參數(shù)的同步和電網(wǎng)的反孤島測(cè)試，同時(shí)利用DSP數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)抑制多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)中的環(huán)流效益［8］。

1 電能再利用技術(shù)原理

1.1 電能能量流程

逆變電源并聯(lián)-并網(wǎng)電能再利用技術(shù)，主要是對(duì)制造業(yè)耗費(fèi)的電能進(jìn)行二次利用，提高電能利用率，降低電能消耗，把制造業(yè)以熱能形式消耗的能量轉(zhuǎn)換為與電網(wǎng)同頻、同相位、同電壓幅度的電能，一方面可將產(chǎn)生的電能直接給終端設(shè)備供電，另一面將產(chǎn)生的電能送到市電電網(wǎng)供其他終端用戶(hù)利用，同時(shí)可以將多臺(tái)小功率逆變電源進(jìn)行并聯(lián)，通過(guò)系統(tǒng)控制協(xié)議產(chǎn)生主機(jī)，并利用主機(jī)控制從機(jī)輸出參數(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)輸出的一致性，能夠有效地提升系統(tǒng)的輸出功率和系統(tǒng)輸出的可靠性，電能再利用的能量流程如圖1所示。

1.2 電能控制原理

逆變電源多級(jí)并聯(lián)-并網(wǎng)電能再利用技術(shù)能夠自主識(shí)別該系統(tǒng)處于離網(wǎng)狀態(tài)還是并網(wǎng)狀態(tài)，并判定系統(tǒng)輸出參數(shù)來(lái)自電網(wǎng)還是主機(jī)；當(dāng)系統(tǒng)處于并網(wǎng)狀態(tài)時(shí)，把電網(wǎng)視為虛擬主機(jī)；當(dāng)系統(tǒng)處于離網(wǎng)狀態(tài)時(shí)，通過(guò)CAN總線的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制去確定該系統(tǒng)的主機(jī)。

CAN總線是開(kāi)放式、數(shù)字化、多點(diǎn)通信的控制系統(tǒng)局域網(wǎng)絡(luò)，以全網(wǎng)廣播為基礎(chǔ)，可采用多主通信方式，利用CAN總線發(fā)送爭(zhēng)主廣播，采用競(jìng)爭(zhēng)方式獲取多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)的主機(jī)。主機(jī)確定后，主機(jī)將多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)的輸出參數(shù)通過(guò)CAN總線發(fā)送給從機(jī)，從機(jī)根據(jù)這些參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，通過(guò)計(jì)算有功、無(wú)功功率等，并將計(jì)算結(jié)果反饋到SPWM調(diào)制系統(tǒng)，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)輸出電流的均流［7-9］。

2 電能再利用技術(shù)實(shí)現(xiàn)

2.1 技術(shù)方案

逆變電源多級(jí)并聯(lián)-并網(wǎng)電能再利用技術(shù)采用自上而下的設(shè)計(jì)思想，首先對(duì)逆變電源多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行理論分析，建立系統(tǒng)模型，利用EDA設(shè)計(jì)工具對(duì)該多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)模型進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真，確定系統(tǒng)模型中各功能模塊系數(shù)及其輸入/輸出參數(shù)，并且確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的可行性；然后對(duì)各功能模塊分別進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真，確定各測(cè)試點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行系統(tǒng)的可靠性分析，如容差分析、SI/PI分析、電磁兼容分析和同溫度條件下系統(tǒng)的參數(shù)分析。

基于上述思想，電能再利用采用的具體技術(shù)方案如圖2所示。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

逆變電源多級(jí)并聯(lián)-并網(wǎng)電能再利用技術(shù)，主要包括并網(wǎng)-離網(wǎng)狀態(tài)自動(dòng)識(shí)別、電網(wǎng)的反孤島測(cè)試、多機(jī)并聯(lián)數(shù)量控制［9-10］、多機(jī)并聯(lián)的均流控制等功能單元的設(shè)計(jì)，具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

2.2.1 并網(wǎng)-離網(wǎng)狀態(tài)自動(dòng)識(shí)別

并網(wǎng)-離網(wǎng)狀態(tài)自動(dòng)識(shí)別主要是通過(guò)電網(wǎng)反孤島測(cè)試技術(shù)和電網(wǎng)和逆變電源的輸出參數(shù)檢測(cè)時(shí)序，識(shí)別該逆變電源多機(jī)并聯(lián)-并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是否連接到市電網(wǎng)絡(luò)中，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的不同控制策略。具體是對(duì)輸出端口加載一個(gè)特定的信號(hào)，并檢測(cè)輸出信號(hào)，以此判定負(fù)載阻抗特性，進(jìn)而判斷本項(xiàng)目系統(tǒng)是否與電網(wǎng)相連接。

2.2.2 電網(wǎng)的反孤島測(cè)試

電網(wǎng)的反孤島測(cè)試主要通過(guò)測(cè)試輸出信號(hào)的頻率偏移和相位偏移，可以在3個(gè)正弦周期內(nèi)檢測(cè)電網(wǎng)的“孤島效應(yīng)”，電網(wǎng)孤島測(cè)試時(shí)間不超過(guò)6個(gè)正弦波周期。

2.2.3 多機(jī)并聯(lián)數(shù)量控制

多機(jī)并聯(lián)數(shù)量控制主要是通過(guò)DCS控制技術(shù)，即采用分散控制、集中管理方式，將大量計(jì)算分散到各逆變電源的DSP處理器中進(jìn)行，CAN總線的通信波特率最高可達(dá)1 Mb/s（此時(shí)最長(zhǎng)距離為40 m）；

2.2.4 多機(jī)并聯(lián)的均流控制

多機(jī)并聯(lián)的均流控制主要是采用4路反饋控制，即輸出電壓有功功率、無(wú)功功率反饋、輸出電流反饋和輸出電流直流反饋控制，利用150 MHz處理速度的DSP芯片，通過(guò)實(shí)時(shí)計(jì)算多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)中輸出有功功率和無(wú)功功率，以及各逆變電源的輸出有功功率和無(wú)功功率，實(shí)現(xiàn)精確調(diào)整各逆變電源的SPWM波形，進(jìn)而抑制多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)中的環(huán)流效益，提高各逆變電源輸出信號(hào)精度。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文提出了一種逆變電源多級(jí)并聯(lián)-并網(wǎng)電能再利用技術(shù)，通過(guò)采用基于DSP數(shù)字信號(hào)處理器的DCS控制的多機(jī)并聯(lián)-并網(wǎng)技術(shù)，即利用DCS控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)集中管理分散控制，借鑒太陽(yáng)能并網(wǎng)發(fā)電逆變電源中的并網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)逆變電源輸出參數(shù)的同步和電網(wǎng)的反孤島測(cè)試，并利用DSP數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)提高系統(tǒng)的控制靈活性和通用性，將以熱能形式耗費(fèi)掉的電能轉(zhuǎn)換為可再利用的電能，同時(shí)與市電電網(wǎng)進(jìn)行并網(wǎng)，以直接被其他電氣設(shè)備使用或供其他終端用戶(hù)使用，從而進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)我國(guó)的節(jié)能降耗、國(guó)防軍工建設(shè)、新能源利用等有著重要的意義。

參 考 文 獻(xiàn)

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篇5

關(guān)鍵詞：獨(dú)立式；太陽(yáng)能；光復(fù)逆變電源

一、獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)組成

獨(dú)立運(yùn)行太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能電池方陣，蓄電池組，控制器和逆變器四部分構(gòu)成。

1.1太陽(yáng)能電池方陣

光伏電池是組成太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)最基本的單位。但單體光伏電池發(fā)出的電能很小，工作電壓約0.45~0.5V，工作電流20~25mA/cm2，而且是直流電，在大多數(shù)情況下很難滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。為滿足負(fù)載要求的輸出功率，一般都將電池組串并成太陽(yáng)能電池組件。

1.2蓄電池組

太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)只能在日間有陽(yáng)光的時(shí)候才能發(fā)電，而多數(shù)情況人們主要在夜間大量用電，所以需要存儲(chǔ)太陽(yáng)能電池方陣發(fā)出的電能并隨時(shí)向負(fù)載供電。光伏系統(tǒng)對(duì)蓄電池組的要求是：1、自放電率低；2、使用壽命長(zhǎng)；3、深放電能力強(qiáng)；4、充電效率高；5、少維護(hù)或免維護(hù)；6、工作溫度范圍寬；7、價(jià)格低廉。配套200Ah以上的鉛酸蓄電池，一般選用固定式或工業(yè)密封免維護(hù)鉛酸電池；

1.3控制器

控制器是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件之一，主要用于實(shí)現(xiàn)整套系統(tǒng)地充、放電管理。太陽(yáng)能光伏陣列發(fā)出的直流電能，經(jīng)過(guò)控制器對(duì)蓄電池充電，在蓄電池未充滿時(shí)，控制器的作用是最大限度地對(duì)蓄電池充電，當(dāng)蓄電池被充滿時(shí)，控制太陽(yáng)能充電，使蓄電池處于浮充狀態(tài)。當(dāng)蓄電池放電至接近蓄電池過(guò)放點(diǎn)電壓時(shí)，控制器將發(fā)出蓄電池電量不足報(bào)警并切斷蓄電池的放電回路，以保護(hù)蓄電池。隨著光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，控制器的功能越來(lái)越強(qiáng)大，有將傳統(tǒng)的控制器、逆變器以及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成的趨勢(shì)，如AES公司的SPP和SMD系列的控制器就集成了上述三種功能。

1.4逆變器

對(duì)逆變器的基本要求是：

1、能輸出一個(gè)電壓穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定的交流電，無(wú)論是輸入電壓發(fā)生波動(dòng)還是負(fù)載發(fā)生變換，都要能達(dá)到一定的電壓精度；

2、具有一定的過(guò)載能力，一般能過(guò)載125%~150%；

3、輸出電壓波形含的諧波成分應(yīng)盡量少；

4、具有短路、過(guò)載、過(guò)熱、過(guò)電壓、欠電壓等保護(hù)功能和報(bào)警功能，且具有快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

二、逆變電源基本工作原理及逆變電路設(shè)計(jì)

2.1逆變電源基本工作原理

逆變電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)很多，各自的工作過(guò)程不完全相同，但最基本的逆變過(guò)程是相同的。下面以最基本的單相橋式逆變電路為例，具體說(shuō)明逆變器的“逆變”過(guò)程。單相橋式逆變電路如圖1所示，T1，T2，T3，T4是橋式電路的4功率管，由電力電子器件及輔助電路組成。輸入直流電壓為Vcc，Z代表逆變器的負(fù)載。當(dāng)開(kāi)關(guān)T1、T4接通時(shí)，電流流過(guò)T1，Z和T4，負(fù)載上的電壓極性是左正右負(fù)；當(dāng)開(kāi)關(guān)T1、T4斷開(kāi)，T2、T3接通時(shí)，電流流過(guò)T2，Z和T3，負(fù)載上的電壓極性反向，把直流電變成了交流電。改變兩組開(kāi)關(guān)的切換頻率就可以改變輸出交流電頻率，得到的是正負(fù)半周對(duì)稱(chēng)的交流方波電壓。負(fù)載為純阻型時(shí)，負(fù)載電流電壓波形相同，相位也相同；負(fù)載為感性時(shí)，電流滯后于電壓，波形也不同。

2.2逆變電路設(shè)計(jì)

逆變電路的功能是將升壓得到的高壓直流電經(jīng)SPWM全橋逆變，變成220V的SPWM電壓，再經(jīng)輸出濾波電路濾波為220V、50Hz正弦交流電壓輸出，包括功率橋的設(shè)計(jì)、控制電路設(shè)計(jì)和保護(hù)電路設(shè)計(jì)。

2.2.1逆變環(huán)節(jié)的主電路

如圖2所示為逆變環(huán)節(jié)主電路圖。對(duì)輸入的直流電進(jìn)行SPWM調(diào)制，經(jīng)過(guò)LC濾波輸出，采用電壓瞬時(shí)值反饋，對(duì)輸出電壓進(jìn)行采樣隔離，反饋信號(hào)送給控制芯片經(jīng)過(guò)A/D變換保存，得到脈寬控制量，通過(guò)SPWM生成環(huán)節(jié)產(chǎn)生各功率管的開(kāi)關(guān)信號(hào)，控制功率管的通斷，使輸出電壓盡可能跟蹤基準(zhǔn)正弦給定信號(hào)。

2.2.2控制電路設(shè)計(jì)

逆變環(huán)節(jié)的任務(wù)是使直流變交流，為使交流輸出電壓穩(wěn)定，本系統(tǒng)采用閉環(huán)控制，對(duì)輸出電壓進(jìn)行采樣分析，系統(tǒng)中CPU根據(jù)采樣電壓值來(lái)控制SPWM波發(fā)生器輸出SPWM參數(shù)，產(chǎn)生SPWM波驅(qū)動(dòng)逆變橋，從而得到穩(wěn)定的交流電。系統(tǒng)CPU采用ATB9C51，SPWM波發(fā)生器采用SA838單相SPWM波發(fā)生器，功率逆變橋選用PS21865，其內(nèi)部集成了驅(qū)動(dòng)電路，因而外部驅(qū)動(dòng)電路可以不再添加。控制電路功能包括：控制脈沖產(chǎn)生，交流輸出穩(wěn)定，保護(hù)和報(bào)警顯示，電路框圖如圖3所示。

三、逆變器控制方案比較

光伏逆變器的性能很大程度上決定了整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的性能和效率，隨著光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣，人們對(duì)光伏逆變器輸出電壓的質(zhì)量要求也越來(lái)越高，不僅要求逆變器的輸出電壓穩(wěn)定以及工作可靠，而且要求其輸出電壓正弦度高。所以光伏逆變器的控制技術(shù)也得到了不斷的發(fā)展。

逆變器要實(shí)現(xiàn)輸出純正弦波，控制方案的實(shí)現(xiàn)通常分為模擬控制和數(shù)字控制，具體實(shí)現(xiàn)方案有如下幾種。

（1）模擬控制。控制脈沖的生成，控制算法的實(shí)現(xiàn)全部由模擬器件完成。優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)非常成熟，有很多可以參考的實(shí)例。但其存在很多固有的缺點(diǎn)：控制器的元器件比較多，電路復(fù)雜，所占的體積較大；靈活性不夠，硬件電路設(shè)計(jì)好了，控制策略就無(wú)法改變；調(diào)試不方便，由于所采用器件特性存在差異，致使電源一致性差，且模擬器件工作點(diǎn)的漂移導(dǎo)致系統(tǒng)參數(shù)漂移。逆變電源數(shù)字化控制是發(fā)展的趨勢(shì)，是現(xiàn)代逆變電源研究的一個(gè)熱點(diǎn)。

（2）由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制。為改善系統(tǒng)的控制性能，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器，將微處理器與系統(tǒng)相連，在位處理器中實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制算法，然后通過(guò)輸入、輸出口或脈寬調(diào)制口（PWM）發(fā)出開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，微處理器還能將采集的功率變換裝置工作數(shù)據(jù)顯示或傳送至計(jì)算機(jī)保存。一些控制中所用到的參考值可以存儲(chǔ)在微處理器的存儲(chǔ)器中，并對(duì)電路進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。微處理器的使用在很大程度上提高了電路系統(tǒng)的性能，但由于微處理器運(yùn)算速度的限制，在許多情況下，這種微處理器輔助的電路系統(tǒng)仍舊要用到運(yùn)算放大器等模擬控制元件。

（3）由DSP實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制。隨著大規(guī)模集成電路、現(xiàn)代可編程邏輯器件及數(shù)字 信號(hào)處理器（Digital Signal Processor，DSP）技術(shù)的發(fā)展，逆變電源的全數(shù)字化控制成為現(xiàn)實(shí)。DSP能夠?qū)崟r(shí)地讀取逆變電源的輸出，并實(shí)時(shí)地計(jì)算出PWM輸出值，使得一些先進(jìn)的控制策略應(yīng)用于逆變電源控制成為可能，從而可對(duì)非線性負(fù)載動(dòng)態(tài)變化時(shí)產(chǎn)生的諧波進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，使輸出諧波達(dá)到可以接受的水平。但DSP入門(mén)門(mén)檻較高，開(kāi)發(fā)成本高，造價(jià)也較高。

結(jié)束語(yǔ)

太陽(yáng)能作為綠色生態(tài)能源，以光伏技術(shù)與電力電子技術(shù)為依托，結(jié)合我國(guó)的實(shí)際利用它為人類(lèi)服務(wù)，是能源工作者的重要任務(wù)之一。充分利用這些無(wú)電地區(qū)的太陽(yáng)能資源，有計(jì)劃、有步驟地推廣光伏技術(shù)，解決缺電地區(qū)的用電問(wèn)題，促進(jìn)這些地區(qū)的經(jīng)濟(jì)文化發(fā)展，提高人口素質(zhì)，對(duì)于全國(guó)的平衡協(xié)調(diào)發(fā)展，縮小地區(qū)間差距，均具有戰(zhàn)略與現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)：

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篇6

引言

電源是電子設(shè)備的動(dòng)力部分,是一種通用性很強(qiáng)的電子產(chǎn)品。它在各個(gè)行業(yè)及日常生活中得到了廣泛的應(yīng)用，其質(zhì)量的好壞極大地影響著電子設(shè)備的可靠性,其轉(zhuǎn)換效率的高低和帶負(fù)載能力的強(qiáng)弱直接關(guān)系著它的應(yīng)用范圍。方波逆變是一種低成本，極為簡(jiǎn)單的變換方式，它適用于各種整流負(fù)載，但是對(duì)于變壓器的負(fù)載的適應(yīng)不是很好，有較大的噪聲。

本文依據(jù)逆變電源的基本原理，利用對(duì)現(xiàn)有資料的分析推導(dǎo),提出了一種方波逆變器的制作方法并加以調(diào)試。

1 系統(tǒng)基本原理

本逆變電源輸入端為蓄電池（＋12V，容量90A·h），輸出端為工頻方波電壓（50Hz，310V）。其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

目前，構(gòu)成DC/AC逆變的新技術(shù)很多，但是考慮到具體的使用條件和成本以及可靠性，本電源仍然采用典型的二級(jí)變換，即DC/DC變換和DC/AC逆變。首先由DC/DC變換將DC12V電壓逆變?yōu)楦哳l方波，經(jīng)高頻升壓變壓器升壓，再整流濾波得到一個(gè)穩(wěn)定的約320V直流電壓；然后再由DC/AC變換以方波逆變的方式，將穩(wěn)定的直流電壓逆變成有效值稍大于220V的方波電壓；再經(jīng)LC工頻濾波得到有效值為220V的50Hz交流電壓，以驅(qū)動(dòng)負(fù)載。

2 DC/DC變換

由于變壓器原邊電壓比較低,為了提高變壓器的利用率,降低成本,DC/DC變換如圖2所示，采用推挽式電路，原邊中心抽頭接蓄電池，兩端用開(kāi)關(guān)管控制，交替工作，可以提高轉(zhuǎn)換效率。而推挽式電路用的開(kāi)關(guān)器件少,雙端工作的變壓器的體積比較小,可提高占空比,增大輸出功率。

    雙端工作的方波逆變變壓器的鐵心面積乘積公式為

AeAc=Po(1＋η)/(ηDKjfKeKcBm)    （1）

式中：Ae(m2)為鐵心橫截面積；

Ac(m2)為鐵心的窗口面積；

Po為變壓器的輸出功率；

η為轉(zhuǎn)換效率；

δ為占空比；

K是波形系數(shù)；

j(A/m2)為導(dǎo)線的平均電流密度；

f為逆變頻率；

Ke為鐵心截面的有效系數(shù)；

Kc為鐵心的窗口利用系數(shù)；

Bm為最大磁通量。

圖3

    變壓器原邊的開(kāi)關(guān)管S1和S2各采用IRF32055只并聯(lián)，之所以并聯(lián)，主要是因?yàn)樵谀孀冸娫唇尤胴?fù)載時(shí)，變壓器原邊的電流相對(duì)較大，并聯(lián)可以分流，可有效地減少開(kāi)關(guān)管的功耗，不至于造成損壞。

PWM控制電路芯片SG3524，是一種電壓型開(kāi)關(guān)電源集成控制器,具有輸出限流,開(kāi)關(guān)頻率可調(diào),誤差放大,脈寬調(diào)制比較器和關(guān)斷電路,其產(chǎn)生PWM方波所需的外圍線路很簡(jiǎn)單。當(dāng)腳11與腳14并聯(lián)使用時(shí),輸出脈沖的占空比為0～95％,脈沖頻率等于振蕩器頻率的1/2。當(dāng)腳10（關(guān)斷端）加高電平時(shí),可實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出脈沖的封鎖,與外電路適當(dāng)連接,則可以實(shí)現(xiàn)欠壓、過(guò)流保護(hù)功能。利用SG3524內(nèi)部自帶的運(yùn)算放大器調(diào)節(jié)其輸出的驅(qū)動(dòng)波形的占空比D，使D>50％，然后經(jīng)過(guò)CD4011反向后，得到對(duì)管的驅(qū)動(dòng)波形的D<50％，這樣可以保證兩組開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)時(shí)，有共同的死區(qū)時(shí)間。

3 DC/AC變換

如圖3所示，DC/AC變換采用單相輸出，全橋逆變形式，為減小逆變電源的體積，降低成本，輸出使用工頻LC濾波。由4個(gè)IRF740構(gòu)成橋式逆變電路，IRF740最高耐壓400V，電流10A，功耗125W，利用半橋驅(qū)動(dòng)器IR2110提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其輸入波形由SG3524提供，同理可調(diào)節(jié)該SG3524的輸出驅(qū)動(dòng)波形的D<50％，保證逆變的驅(qū)動(dòng)方波有共同的死區(qū)時(shí)間。

圖4

    IR2110是IR公司生產(chǎn)的大功率MOSFET和IGBT專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)集成電路，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)MOSFET和IGBT的最優(yōu)驅(qū)動(dòng)，同時(shí)還具有快速完整的保護(hù)功能，因而它可以提高控制系統(tǒng)的可靠性，減少電路的復(fù)雜程度。

IR2110的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理框圖如圖4所示。圖中HIN和LIN為逆變橋中同一橋臂上下兩個(gè)功率MOS的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)輸入端。SD為保護(hù)信號(hào)輸入端，當(dāng)該腳接高電平時(shí)，IR2110的輸出信號(hào)全被封鎖，其對(duì)應(yīng)的輸出端恒為低電平；而當(dāng)該腳接低電平時(shí)，IR2110的輸出信號(hào)跟隨HIN和LIN而變化，在實(shí)際電路里，該端接用戶(hù)的保護(hù)電路的輸出。HO和LO是兩路驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端，驅(qū)動(dòng)同一橋臂的MOSFET。

IR2110的自舉電容選擇不好，容易造成芯片損壞或不能正常工作。VB和VS之間的電容為自舉電容。自舉電容電壓達(dá)到8.3V以上，才能夠正常工作，要么采用小容量電容，以提高充電電壓，要么直接在VB和VS之間提供10～20V的隔離電源，本電路采用了1μF的自舉電容。

    為了減少輸出諧波，逆變器DC/AC部分一般都采用雙極性調(diào)制，即逆變橋的對(duì)管是高頻互補(bǔ)通和關(guān)斷的。

4 保護(hù)電路設(shè)計(jì)及調(diào)試過(guò)程中的一些問(wèn)題

保護(hù)電路分為欠壓保護(hù)和過(guò)流保護(hù)。

欠壓保護(hù)電路如圖5所示，它監(jiān)測(cè)蓄電池的電壓狀況，如果蓄電池電壓低于預(yù)設(shè)的10.8V，保護(hù)電路開(kāi)始工作，使控制器SG3524的腳10關(guān)斷端輸出高電平，停止驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出。

圖5中運(yùn)算放大器的正向輸入端的電壓由R1和R3分壓得到，而反向輸入端的電壓由穩(wěn)壓管箝位在＋7.5V，當(dāng)蓄電池的電壓下降超過(guò)預(yù)定值后，運(yùn)算放大器開(kāi)始工作，輸出跳轉(zhuǎn)為負(fù)，LED燈亮，同時(shí)三級(jí)管V截止，向SG3524的SD端輸出高電平，封鎖IR2110的輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

    過(guò)流保護(hù)電路如圖6所示，它監(jiān)測(cè)輸出電流狀況，預(yù)設(shè)為1.5A。方波逆變器的輸出電流經(jīng)過(guò)采樣進(jìn)入運(yùn)算放大器的反向輸入端，當(dāng)輸出電流大于1.5A后，運(yùn)算放大器的輸出端跳轉(zhuǎn)為負(fù)，經(jīng)過(guò)CD4011組成的R?S觸發(fā)器后，使三級(jí)管V1基級(jí)的信號(hào)為低電平，三級(jí)管截止，向IR2011的SD1端輸出高電平，達(dá)到保護(hù)的目的。

調(diào)試過(guò)程遇到的一個(gè)較為重要的問(wèn)題是關(guān)于IR2110的自舉電容的選擇。IR2110的上管驅(qū)動(dòng)是采用外部自舉電容上電，這就使得驅(qū)動(dòng)電源的路數(shù)大大減少，但同時(shí)也對(duì)VB和VC之間的自舉電容的選擇也有一定的要求。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)后，最終采用1μF的電解電容，可以有效地滿足自舉電壓的要求。

圖8、9、10

5 試驗(yàn)結(jié)果及輸出波形 

DC/DC變換輸出電壓穩(wěn)定在320V，控制開(kāi)關(guān)管的半橋驅(qū)動(dòng)器IR2110開(kāi)關(guān)頻率為50Hz，實(shí)驗(yàn)的電路波形如圖7～圖14所示。

圖11、12、13、14

篇7

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)仿真技術(shù) 級(jí)聯(lián) 全橋逆變器 Saber軟件

中圖分類(lèi)號(hào)：TM912 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）09（b）-0001-03

Abstract： The paper based on Saber simulation technology， by means of principle analysis， computer simulation and prototype experiment， a high-efficiency， high-power density， Low harmonic component cascaded inverter. Computer simulation technology play an important role in schemes selection， parameters design， loop design， stability analysis and other links， reduces the development period and the cost considerably. The prototype has high system stability and Reliability. A conclusion has been drawn that computer simulation technology was not only beneficial to theoretical study and teaching， but also has important significance in engineering practices.

Key Words： Computer simulation technology； Cascaded； Full-bridge inverter； Saber simulation software

S著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在電力電子技術(shù)的研發(fā)中占有日益重要的地位。利用仿真軟件，研發(fā)周期和成本大大縮減，仿真具有相當(dāng)?shù)木_性，在實(shí)際調(diào)試階段仿真結(jié)果具有可觀的可參考性。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在國(guó)內(nèi)的部分大型企業(yè)、高校、研究所已經(jīng)引起了重視，然而中小企業(yè)的研發(fā)往往忽略仿真步驟，依靠經(jīng)驗(yàn)來(lái)嘗試并確定器件參數(shù)。目前主流仿真軟件主要有以下幾種，PSPIC較適合小功率場(chǎng)合，然而它在磁性元件的仿真上不盡如人意，運(yùn)算速度較慢；MATLAB兼容度很高，運(yùn)行速度較快，控制系統(tǒng)運(yùn)用較多，但MATLAB中的器件多為理想模型，精確性較差，仿真結(jié)果與實(shí)際有較大不同；Saber器件庫(kù)中包含大量主流實(shí)際器件型號(hào)，并且根據(jù)用戶(hù)要求可建立特殊的器件仿真模型，進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)的混合信號(hào)仿真，運(yùn)算速度快，精確度高，仿真結(jié)果與實(shí)際情況接近。該文選擇Saber軟件對(duì)級(jí)聯(lián)式全橋逆變電源的LC濾波器設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真分析。

1 相移載波SPWM級(jí)聯(lián)式全橋逆變器的工作原理

兩級(jí)級(jí)聯(lián)式全橋逆變電源的功率電路由兩個(gè)單相全橋逆變器串聯(lián)組成，如圖1所示，它具有兩個(gè)相互獨(dú)立的直流輸入電壓E1、E2，橋臂輸出電壓UAB經(jīng)過(guò)LC低通濾波器后輸出電壓為正弦交流電。級(jí)聯(lián)式全橋逆變器的控制電路中，包含電壓電流雙閉環(huán)控制，各個(gè)H橋都采用單極性倍頻SPWM控制，H橋之間采用相移載波SPWM控制方式，開(kāi)關(guān)管控制規(guī)律如表1所示。

2 SABER仿真

在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真之前，首先要利用Saber Sketch建立正確的仿真模型，在Parts Gallery中根據(jù)分類(lèi)尋找需要的器件，正確連接各器件，最后在Porperty Ediotr對(duì)話框中定義各個(gè)器件的參數(shù)。搭建仿真模型完成后，要對(duì)仿真模型進(jìn)行直流分析（DC Analysis），找出電路的DC工作點(diǎn)，之后可進(jìn)行瞬態(tài)分析（Transient Analysis）、小信號(hào)頻響分析（Small-Signal Frequency Analysis）等。仿真結(jié)果波形用Saber Scope查看，且可對(duì)波形進(jìn)行計(jì)算和測(cè)量。

2.1 仿真系統(tǒng)的構(gòu)成

仿真模型遵循實(shí)際電路的結(jié)構(gòu)，由功率電路及控制電路組成，仿真模型的功率電路如圖2所示。

2.2 仿真結(jié)果及分析

仿真參數(shù)：輸入電壓E1=E2=90 VDC，開(kāi)關(guān)頻率f=20 kHz，基波頻率f0=400 Hz，輸出濾波電容為6.8μF，電感為60μH，圖3為仿真波形。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

原理樣機(jī)的參數(shù)與仿真一致，兩級(jí)級(jí)聯(lián)式逆變器工作在額定電壓、額定功率下的實(shí)驗(yàn)波形。圖4為原理樣機(jī)的實(shí)驗(yàn)波形。（1）總橋臂輸出電壓UAB；（2）電感電流；（3）驅(qū)動(dòng)波形；（4）濾波后的輸出電壓。

表2給出了樣機(jī)在滿載工況下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)輔助設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的該級(jí)聯(lián)式逆變電源具有較好的外特性，具有高效率，且重量?jī)H800 g，具有高功率密度，THD=0.7%。

4 結(jié)語(yǔ)

在該文所提及的兩級(jí)級(jí)聯(lián)式樣機(jī)研發(fā)過(guò)程中，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)起到至關(guān)重要的作用，在前期選擇方案時(shí)，運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)大大提高了效率和正確率；在中期設(shè)計(jì)各器件參數(shù)時(shí)，計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果具有重要的參考價(jià)值。基于理論分析計(jì)算與計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，在實(shí)際調(diào)試過(guò)程中做了有限的修改就得到了理想的效果。通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真與實(shí)驗(yàn)調(diào)試的合理結(jié)合，研發(fā)了一款具有高效率、高功率密度的級(jí)聯(lián)式逆變電源，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)不僅適用于理論研究和教學(xué)，在工程實(shí)踐中也具有非凡的意義。

參考文獻(xiàn)

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[3] 王兆安，劉進(jìn)軍.電力電子技術(shù)[M].5版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

篇8

關(guān)鍵詞:逆變器;雙閉環(huán)控制;無(wú)差拍控制;DSP

中圖分類(lèi)號(hào):TP274文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1004-373X(2009)12-189-03

Research of Deadbeat Control Inverter Based on DSP

QUAN Xiaoming,SHEN Quntai

(School of Information Science and Engineering,Central South University,Changsha,410083,China)

Abstract:With the wide use of high-performance digital signal processor,it is a natural trend that the traditional analog control of the inverter can be replaced by digital technology.Because the nonlinear loads cause the interference,inverter is hard to receive ideal control.This paper introduces a control method based on PI control strategy and non-deadbeat control method:Inverter control circuit of the current inner loop choose the optimized digital PI control methods,the voltage loop choose the no deadbeat control methods.This method combines the advantages of PI control and non-deadbeat control.Deadbeat control has good performance at transient state.And PI control is simple,easy parameter setting and robust.Finally,the simulation and test figures show that double-loop control method of the inverter receives a lot of advantage such as output waveform with a good,fast response,and better capacity adapt to the different loads.

Keywords:inverter;double-loop control;deadbeat control;DSP

0 引 言

隨著高性能DSP控制器的出現(xiàn),采用數(shù)字化控制的UPS電源已成為現(xiàn)在研究的熱點(diǎn)[1]。基于DSP實(shí)現(xiàn)的數(shù)字雙閉環(huán)控制能有效提高電源系統(tǒng)的抗干擾能力,降低噪聲,提高效率和可靠性,進(jìn)一步有利于電源的智能化管理、遠(yuǎn)程維護(hù)和診斷。在逆變器的多種控制策略中,重復(fù)控制技術(shù)能有效消除非線性負(fù)載和干擾引起的波形畸變;滑模變結(jié)構(gòu)控制方法能使系統(tǒng)運(yùn)行于一種滑動(dòng)模態(tài),能保證系統(tǒng)的魯棒性;模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等智能控制不依賴(lài)控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型,適應(yīng)于非線性系統(tǒng);無(wú)差拍控制能夠瞬時(shí)控制電壓,對(duì)負(fù)載有很強(qiáng)的適應(yīng)能力,有輸出總諧波畸變少,損耗少等優(yōu)點(diǎn);PID控制簡(jiǎn)單,并具有好的可靠性;新型數(shù)字化PID控制更能取得滿意的控制效果。各種控制策略各有優(yōu)缺點(diǎn),如果能把其中的兩種或幾種控制技術(shù)結(jié)合運(yùn)用,將取得更好的輸出特性。基于此思想提出數(shù)字PID控制和無(wú)差拍控制技術(shù)相結(jié)合的控制策略[2]。理論和實(shí)踐證明,該方法具有廣泛的應(yīng)用前景。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)選用的TMS320F2812芯片是TI公司的TMS320C28x系列中的一種,其指令執(zhí)行速度快,從而可以在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法,優(yōu)化系統(tǒng)的輸出特性。

基于該芯片的逆變電源系統(tǒng)框圖如圖1所示。整個(gè)系統(tǒng)由AC/DC,DC/DC,DC/AC,以及濾波電路和其他輔助電路構(gòu)成。其中,DC/AC逆變器部分是整個(gè)系統(tǒng)的重要組成,逆變器采用單相全橋逆變電路,適應(yīng)大功率場(chǎng)合。通過(guò)采樣電路采樣得到的輸出電壓和電流經(jīng)過(guò)DSP的A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),作為數(shù)字控制器的反饋信號(hào),經(jīng)與給定輸出信號(hào)比較后,再經(jīng)過(guò)控制算法調(diào)節(jié)器和脈寬調(diào)制器得到SPWM波控制IGBT功率管的通斷,從而改變輸出電壓的值,使其與給定輸入電壓相等。給定參考電壓由軟件方式實(shí)現(xiàn),因此信號(hào)穩(wěn)定無(wú)溫漂、無(wú)干擾。這種控制方法在負(fù)載變化較快時(shí)仍然能保證輸出電壓不發(fā)生畸變[3,4]。

圖1 系統(tǒng)整體框圖

2 逆變器控制方案及其參數(shù)設(shè)計(jì)

2.1 逆變器建模及其控制策略研究

如圖2所示,圖中iL為電感電流;iC為電容電流;io為負(fù)載電流;uo為輸出電壓;R為逆變器負(fù)載電阻,VS1~VS4為逆變控制開(kāi)關(guān);r為電路阻尼電阻;L,C組成LC濾波器;E為逆變器輸入直流電源[5,6]。

取x(t)=[uo(t) iL(t)]T為狀態(tài)變量,平均電壓ui(t)和負(fù)載電流為系統(tǒng)輸入,則主電路的狀態(tài)方程為:

ddtx(t)=Ax(t)+B1uo(t)+B2io(t)

y=Dx

式中:A=C-1/L1/L0;B1=1/L0;

B2=0-1/C;D=[1 0]

離散化狀態(tài)方程,可以得到:

x(k+1)=Φx(k)+Γ1u(k)+Γ2io(k)

y(k)=Dx(k)

式中:

Φ=cos(ω0TS)(1/ω0C)sin(ω0TS)

-(1/ω0L)sin(ω0TS)cos(ω0TS)=

Φ11Φ12Φ21Φ22

Γ1=1-cos(ω0TS)

1ω0Csin(ω0TS)=Γ11Γ12

Γ2=-1ω0Csin(ω0TS)

1-cos(ω0TS)=Γ21Γ22

式中:TS為采樣周期;ω0為二階LC濾波器的諧振角頻率。

由此得出的電壓電流離散化狀態(tài)方程為:

uo(k+1)=Φ11uo(k)+Φ12iL(k)+Γ11ui(k)+

Γ21io(k)

iL(k+1)=Φ21uo(k)+Φ22iL(k)+Γ12ui(k)+

Γ22io(k)

圖2 逆變器等效電路及其控制策略框圖

針對(duì)該逆變器所設(shè)計(jì)研究的控制方法:采用雙閉環(huán)控制算法調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)特性,內(nèi)環(huán)采用無(wú)差拍控制方法,是一種能夠瞬時(shí)控制電壓的有效手段,對(duì)負(fù)載具有很強(qiáng)的適應(yīng)能力,尤其對(duì)非線性負(fù)載,輸出波形失真小,可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性;外環(huán)采用瞬時(shí)值的數(shù)字PI算法,輸出電壓的瞬時(shí)值信號(hào)直接反饋,與參考正弦電壓比較,使輸出電壓穩(wěn)定在設(shè)定值上,并抑制輸出電壓的畸變。兩種控制算法能互相彌補(bǔ)各自控制上的不足,使系統(tǒng)得到較好的控制效果[7,8]。

2.2 電流內(nèi)環(huán)

內(nèi)環(huán)采用干擾無(wú)差拍控制策略,結(jié)合離散化狀態(tài)方程和系統(tǒng)主電路圖分析結(jié)果,可以得到無(wú)差拍控制實(shí)現(xiàn)方法為:

ui(k+1)=Γ12iref(k+2)-Φ22Γ12iref(k+1)-

Φ21Φ11Γ12uo(k)-Φ21Φ21Γ12io(k)-Φ21Γ11Γ12ui(k)-

Φ21Φ12Γ12iL(k)-Γ22Γ12io(k+1)

可以通過(guò)采用一個(gè)二階預(yù)估方法對(duì)負(fù)載電流io(k+1)進(jìn)行預(yù)估有:

io(k+1)=3io(k)-3io(k-1)+io(k-2)

而iref(k+1)可從外環(huán)控制算法中得出。

2.3 電壓外環(huán)

電壓外環(huán)采用增量式PI算法,其差分方程可以表示為:

Δu(k)=KP[(uref(k)-uref(k-1)]-[uo(k)-

uo(k-1)]+KI[uref(k)-uo(k)]

PI調(diào)節(jié)器性能的好壞取決于KP,KI的選取。PI參數(shù)可以從理論上算出,但是由于系統(tǒng)參數(shù)的擾動(dòng)性,采用仿真調(diào)試的方法來(lái)確定具有更實(shí)際的價(jià)值。

2.4 PWM波的生成

通過(guò)預(yù)估算法得到正弦參考電流iref(k),再根據(jù)內(nèi)環(huán)控制算法可以算出uI(k),從而得到開(kāi)關(guān)的控制時(shí)間,即PWM的脈沖時(shí)間,從kTS~(k+1)TS的采樣間隔內(nèi),IGBT的導(dǎo)通時(shí)間為[9]:

Ton(k)=ui(k)ETS

得到導(dǎo)通時(shí)間后,要進(jìn)一步確定DSP中PWM輸出寄存器的值。從而使DSP實(shí)現(xiàn)了對(duì)IGBT的通斷時(shí)間的控制。

3 逆變器控制電路的仿真研究

搭建逆變器控制方法研究的仿真模型如下[10]:

主電路參數(shù):電感L=10 mH,電容C=20 μF,額定阻性負(fù)載R=50 Ω,開(kāi)關(guān)頻率fS=1/TS=10 kHz,直流電源電壓E=310 V,輸出電壓有效值uo=220 V,頻率f=50 Hz。

逆變器的主電路由直流穩(wěn)壓電源模塊、全橋開(kāi)關(guān)管模塊、LCR模塊、電壓、電流測(cè)量模塊、信號(hào)輸入模塊等部分組成;電壓外環(huán)采用Simulink模塊庫(kù)中的PI離散控制模塊;電流內(nèi)環(huán)采用S函數(shù)子模塊。仿真結(jié)果如圖3所示。

圖3 阻性負(fù)載下輸出波形

如圖4所示,無(wú)論在阻性負(fù)載還是在感性負(fù)載下,閉環(huán)PID控制和無(wú)差拍控制相結(jié)合控制策略下的逆變器輸出波形從諧波或動(dòng)態(tài)性能上都優(yōu)于普通的單環(huán)控制。負(fù)載如何變化,即使存在擾動(dòng)的情況下,都能很快地調(diào)節(jié)負(fù)載電壓和電流波形,輸出穩(wěn)定的波形,而且諧波失真度低。試驗(yàn)證明,該次設(shè)計(jì)取得了預(yù)想的成果。

圖4 感性負(fù)載下輸出波形

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)分析對(duì)在不同負(fù)載和不同環(huán)境下逆變電路的輸出電壓和電流波形,可以肯定該控制方法的可行性和優(yōu)越性。

參考文獻(xiàn)

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篇9

【關(guān)鍵詞】雙動(dòng)力場(chǎng)橋 超級(jí)電池 轉(zhuǎn)場(chǎng)系統(tǒng)

一、課題背景

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)很多專(zhuān)業(yè)集裝箱碼頭完成了場(chǎng)橋油改電工程，改造后場(chǎng)橋在箱區(qū)內(nèi)的作業(yè)時(shí)使用市電，在轉(zhuǎn)場(chǎng)過(guò)程中仍使用柴油發(fā)電機(jī)組，即所謂“雙動(dòng)力場(chǎng)橋”。場(chǎng)橋的轉(zhuǎn)場(chǎng)仍需柴油發(fā)電機(jī)組完成，市電―柴電的頻繁切換導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)磨損增加，場(chǎng)橋“零排放”未能實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)場(chǎng)靈活性降低影響作業(yè)效率。為此，使用新能源設(shè)備進(jìn)行轉(zhuǎn)場(chǎng)成為油改點(diǎn)工程后各碼頭著手研究發(fā)展的課題之一。

二、系統(tǒng)可行性分析

系統(tǒng)可行性分析主要依據(jù)是場(chǎng)橋作業(yè)工況和技術(shù)參數(shù)，具體包括如下幾個(gè)條件：

安裝空間：系統(tǒng)需安裝在獨(dú)立機(jī)房?jī)?nèi)，稱(chēng)作電池機(jī)房。根據(jù)場(chǎng)橋空間確定電池房外形尺寸最大為2.2m（L）*1.5m（W）*2.6m（H）。

輪壓負(fù)荷：根據(jù)場(chǎng)橋海陸兩側(cè)負(fù)荷情況進(jìn)行輪壓計(jì)算，確定電池房的最大重量4噸。

系統(tǒng)性能：首先滿足在電池驅(qū)動(dòng)下SOC保持在40%以上；其次連續(xù)轉(zhuǎn)向20次；最后滿足輔助設(shè)備不間斷供電。

三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

在可行性分析的基礎(chǔ)上得出系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)包括儲(chǔ)能元件、逆變電源、電氣隔離、控制連鎖和系統(tǒng)安全等因素。

（一）儲(chǔ)存元件的選擇。常用的動(dòng)力系統(tǒng)儲(chǔ)存元件主要為三種：傳統(tǒng)的VRLA電池、鋰離子電池和超級(jí)電池。三種元件的性能對(duì)比如下表所示：

如表一所示數(shù)據(jù)，綜合考慮使用超級(jí)電池為系統(tǒng)的儲(chǔ)存元件。超級(jí)電池共48節(jié)串聯(lián)，單節(jié)電池電壓12V，容量為120AH，最大放電電流可達(dá)到300A。電池組在10%SOC 時(shí)端電壓為580V，在100%SOC時(shí)端電壓為624V，滿足系統(tǒng)要求。

（二）逆變電源的選擇

根據(jù)場(chǎng)橋系統(tǒng)的要求，逆變電源的容量60KW、交流輸入電壓380VAC―480VAC、直流輸入電壓450VDC―750VDC、交流輸出電壓380VAC―480VAC，可是實(shí)現(xiàn)交直流輸入在線“零縫隙”切換。

（三）系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思路。為了使場(chǎng)橋改造后司機(jī)的操作不受太大影響，設(shè)計(jì)思路要從直流主電路接口、交流主電路接口和控制電路接口三個(gè)方面著手。直流接口作外接式，即將電池直流母線和場(chǎng)橋變頻器直流母線外接，線路設(shè)置空氣開(kāi)關(guān)、接觸器、二極管和保險(xiǎn)等保護(hù)裝置，使外界系統(tǒng)做到安全隔離。交流接口為嵌入式，即將逆變電源“鑲嵌”在交流主電路中，同時(shí)設(shè)置旁路開(kāi)關(guān)作為應(yīng)急操作使用。控制接口設(shè)計(jì)到兩套系統(tǒng)之間的I/O聯(lián)絡(luò)，逆變電源的控制和保護(hù)，直流母聯(lián)的控制和保護(hù)，電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)和維護(hù)以及場(chǎng)橋電池用電時(shí)的控制和保護(hù)等。

（四）直流主電路。電池系統(tǒng)的直流連接為外接式，直流母線正極安裝二極管的目的是避免變頻器對(duì)電池組進(jìn)行充電，直流母線負(fù)極安裝分流器進(jìn)行電流采集、反饋和控制。

在電池側(cè)的直流母線上安裝了EPS（逆變電源）以供場(chǎng)橋系統(tǒng)控制電源和輔助設(shè)備以及電池系統(tǒng)輔助、控制電源使用。母線正極安裝二極管，作用是除了截止電池不充電外，保證EPS交直流切換時(shí)供電不間斷。

（五）交流主電路。電池系統(tǒng)和場(chǎng)橋系統(tǒng)在交流方面的連接方式為嵌入式，即將EPS嵌入接在輔助電路中。EPS交流進(jìn)線來(lái)自場(chǎng)橋原電路，EPS輸出分返回場(chǎng)橋輔助變壓器供給場(chǎng)橋輔助電路和電池系統(tǒng)控制回路。

（六）控制回路

1.EPS啟停控制。EPS啟動(dòng)命令包括維修用的上電開(kāi)關(guān)和電瓶接觸器觸點(diǎn)，兩個(gè)啟動(dòng)信號(hào)并聯(lián)接入EPS的外部控制端子。EPS的停止是通過(guò)在停止端子上接入緊停開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。另外，EPS具有自我保護(hù)功能，故障情況能自動(dòng)關(guān)斷，同時(shí)反饋信號(hào)接入電池控制器用于切斷直流母聯(lián)。

2.直流母聯(lián)控制。在使用市電/柴電作業(yè)的情況下，母聯(lián)接觸器斷開(kāi)，電池母線和變頻器直流母線隔離；在使用電池轉(zhuǎn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)，電池控制器在檢測(cè)到市電/柴電信號(hào)無(wú)、控制電源合信號(hào)有、電池電量充足信號(hào)有以及母聯(lián)空氣開(kāi)關(guān)、電池狀態(tài)良好等信號(hào)有的情況下，控制緩沖接觸器和主接觸器先后吸合，從而完成母聯(lián)連接，上述任何條件的不滿足，母聯(lián)將關(guān)斷。

3.充電控制。在使用市電/柴電作業(yè)的情況下，電池控制器檢測(cè)到市電/柴電信號(hào)有即對(duì)電池進(jìn)行充電。充電過(guò)程分為恒流充電和涓流充電，同時(shí)冷卻風(fēng)機(jī)間斷周期開(kāi)啟，輔助電池房空調(diào)，為電池提供良好的環(huán)境溫度。

四、系統(tǒng)改造

系統(tǒng)改造包括平臺(tái)加固、電池房吊裝、電氣調(diào)試等工作：

（一）平臺(tái)加固。在原平臺(tái)14#槽鋼框架的基礎(chǔ)上，我們用14#槽鋼框架疊了一層，對(duì)平臺(tái)進(jìn)行了加強(qiáng)改造， 同時(shí)在機(jī)房?jī)?nèi)側(cè)使用150*100方管安裝了機(jī)房的防撞護(hù)杠。

（二）平臺(tái)布置方案。在滿足元器件散熱空間和維修空間的基礎(chǔ)上，考慮配重平衡完成吊裝。

（三）電氣調(diào)試。安裝完成后，根據(jù)系統(tǒng)控制功能和技術(shù)性能要求進(jìn)行調(diào)試，啟停控制、直流回路、交流回路、電池充放電以及極限工況測(cè)試均順利通過(guò)，技術(shù)性能達(dá)成設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求。

篇10

關(guān)鍵詞：直流高壓；Buck；半橋逆變；倍壓電路

中圖分類(lèi)號(hào)：TN-9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2013）10-2485-03

近幾年，隨著電子電力技術(shù)的發(fā)展，新一代功率器件，如MOSFET，IGBT等應(yīng)用，高頻逆變技術(shù)的逐步成熟，出現(xiàn)了高壓開(kāi)關(guān)直流電源，同線性電源相比較高頻開(kāi)關(guān)電源的突出特點(diǎn)是：效率高、體積小、重量輕、反應(yīng)快、儲(chǔ)能少、設(shè)計(jì)、制造周期短。但由于高頻高壓變壓器是高頻高壓并存，出現(xiàn)了新的技術(shù)難點(diǎn)：1）高頻高壓變壓器體積減小，頻率升高，分布容抗變小，絕緣問(wèn)題異常突出；2）大的電壓變化比使變壓器的非線性嚴(yán)重化，漏感和分布電容都增加，使其必須與逆變開(kāi)關(guān)隔離，否則尖峰脈沖會(huì)影響到逆變電路的正常工作，甚至?xí)舸┕β势骷?）高頻化導(dǎo)致變壓器的趨膚效應(yīng)增強(qiáng)，使變壓器效率降低。鑒于上述情況，高頻高壓變壓器如何設(shè)計(jì)是目前研究的一個(gè)難點(diǎn)和熱點(diǎn)問(wèn)題。該文的主要研究?jī)?nèi)容包括BUCK電路的分析設(shè)計(jì)、半橋逆變電路分析設(shè)計(jì)、倍壓電路的設(shè)計(jì)，以及系統(tǒng)仿真研究。

1 主電路設(shè)計(jì)

1.1 主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

這里主要介紹了一種基于BUCK調(diào)壓的小功率高壓電源。該電源能實(shí)現(xiàn)零電流軟開(kāi)關(guān)（ZCS），并能方便的調(diào)節(jié)輸出電壓，因?yàn)槔昧烁哳l變壓器的寄生參數(shù)，從而避免了尖峰電壓和電流。該電源的另一個(gè)特點(diǎn)是利用倍壓電路代替了傳統(tǒng)的二極管整流電路，減小了高頻變壓器的變比和寄生參數(shù)；尤其是主電路的控制采用了Buck電路和逆變電路的聯(lián)合策略，可十分方便、靈活地進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)；采用定頻定寬的逆變電路可利用高頻變壓器的寄生參數(shù)實(shí)現(xiàn)諧振軟開(kāi)關(guān)。

1.2 BUCK電路工作原理

半橋逆變電路的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單，使用器件少。其缺點(diǎn)是輸出交流電壓的幅值Um僅為1/2且直流側(cè)需要兩個(gè)電容器串聯(lián)，工作時(shí)還要控制兩個(gè)電容器電壓的均衡。因此，半橋逆變電路常用于幾KW以下的小功率逆變電源。

2 控制電路分析及總結(jié)

通過(guò)該文高壓電源的設(shè)計(jì)過(guò)程，可以得到以下結(jié)論：

1）針對(duì)系統(tǒng)要求輸出電壓為0-15KV，且輸出功率為15W的情況，選用BUCK調(diào)壓電路與橋式逆變電路相組合得到高頻脈沖電壓，后經(jīng)過(guò)高頻變壓器和倍壓電路完成升壓和整流作用。

2）BUCK閉環(huán)環(huán)節(jié)使用光電耦合器HCNR201進(jìn)行電壓采樣隔離，MOSFET的隔離驅(qū)動(dòng)使用HCPL4504和UCC27321共同完成，保證驅(qū)動(dòng)電路工作的有效性和安全性。

3）逆變電路的控制電路由芯片SG3535和IR2110共同完成。SG3525控制器集成了過(guò)壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、軟啟動(dòng)、欠電壓鎖定、擊穿短路保護(hù)等功能保證控制信號(hào)的準(zhǔn)確性。SG3525輸出的PWM信號(hào)通過(guò)兩片IR2110后驅(qū)動(dòng)逆變電路的兩個(gè)橋臂，這保證了驅(qū)動(dòng)信號(hào)間的死去時(shí)間，防止橋臂的直通現(xiàn)象。

4）電路設(shè)計(jì)中擯棄傳統(tǒng)工頻變壓器升壓模式，而采用高頻變壓器和倍壓電路共同完成升壓作用，在減小系統(tǒng)體積上有突出作用。

3 調(diào)試結(jié)果

4 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹的一種基于BUCK調(diào)壓的小功率高壓電源，其特點(diǎn)是：1）采用了倍壓電路，減小了變壓器的變比，使其在工藝和制造上成為可能，并且能夠在一定條件下實(shí)現(xiàn)零電流軟開(kāi)關(guān)，從而大大減小了開(kāi)關(guān)損耗；2）該電源可以工作在110V、220V不同電壓下，因?yàn)殚_(kāi)拓了國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)；3）該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)；4）該電源利用了DSP，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字PI的實(shí)時(shí)控制，因而能良好的工作且實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信。

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