【正文】 電系統(tǒng)的性能和效率，隨著光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣，人們對光伏逆變器輸出電壓的質(zhì)量要求也越 來 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，動態(tài)響應(yīng)速度快。 PWM 控制采用脈寬調(diào)制控制方式，它的優(yōu)點是控制靈活，實現(xiàn)簡單。 （ 5）按照輸出的穩(wěn)定參量，可分為電壓型逆變器和電流型逆變器。日前的光伏發(fā)電系統(tǒng)多采用高頻變換方式，在國內(nèi)外的中小交流光伏系統(tǒng)中得到了普遍應(yīng)用。工頻變換逆變電源使采用工頻變壓器實現(xiàn)輸入輸出之間的電氣隔離。以下是風(fēng)力發(fā)電的系統(tǒng)原理圖。 風(fēng)力發(fā)電的原理 因為風(fēng)力發(fā)電沒有燃料問題，也不會產(chǎn)生輻射或空氣污染即其無污染性，風(fēng)力發(fā)電正在世界上形成一股熱潮。早期，山東，新疆等地引入國外風(fēng)力發(fā)電機組開始我國風(fēng)電場的運行試驗與示范。據(jù)歐洲風(fēng)能協(xié)會和綠色和平組織簽署了 “ 關(guān)于 2020 年風(fēng)電達到世界電力總量的 12%的藍圖 ” 報告， 2020 年全球風(fēng)力發(fā)電裝機將達到 億千瓦，是 2020 年世界風(fēng)電裝機容量的 倍，年安裝量達 億千瓦，風(fēng)力發(fā)電量將占全球發(fā)電總量的 12%。 風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展概況 （ 1）國外發(fā)展現(xiàn)狀： 風(fēng)力發(fā)電在歐洲發(fā)展最快，德國的風(fēng)電發(fā)展處于領(lǐng)先地位，在近期德國制定的風(fēng)電發(fā)展長遠(yuǎn)規(guī)劃中指出，到 2025 年風(fēng)電要實現(xiàn)占電力總?cè)萘康?25%，到 2050 年實現(xiàn)占總用量的 50%的目標(biāo)。因此，能源問題己成為 當(dāng)今人類生存和發(fā)展所要解決的緊迫問題，所以可再生能源成為了人們關(guān)注的焦點，風(fēng)能正是這樣一種無污染的可再生能源，其在地球上的資源量是相當(dāng)豐富的，可開發(fā)利用量也很可觀，因此對它的開發(fā)利用己受到世界各國的高度重視。常規(guī)能源以煤、石油、天然氣為主，不僅資源有限，而且造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染?？梢哉f風(fēng)力發(fā)電是機遇和挑戰(zhàn)并存的能源技術(shù)。其中印度政府積極推動風(fēng)能發(fā)展，積極鼓勵大型企業(yè)進行投資發(fā)展風(fēng)電， 并 保持實施優(yōu)惠政策激勵風(fēng)能制造基地，目前印度已經(jīng)成為世界第 5 大風(fēng)電生產(chǎn)國。我國從 70 年代開始進行并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電的嘗試。 隨著風(fēng)電技術(shù)的日趨完善，已經(jīng)形成一種富有活力的新興產(chǎn)業(yè)，并向產(chǎn)業(yè)化、設(shè)備大型化 、設(shè)備實用化、取能高度化、成本低廉化和開發(fā)多元化等方向發(fā)展。風(fēng)機發(fā)出的電因為質(zhì)量不高難以直接應(yīng)用，所以要實現(xiàn)利用就必須要將發(fā)出的電能進行變換，滿足并網(wǎng)要求，這樣就需要我們設(shè)計一個可靠的整流 逆變系統(tǒng)和控制系統(tǒng)來對其進行變換和控制，使其滿足條件。 現(xiàn)代的逆變技術(shù)種類很多，可以按照不同的形式進行分類，主要有如下幾種 : （ 1）按照逆變器輸出交 流的頻率，可以分為工頻逆變、中頻逆變和高頻逆變。高頻變換是采用高頻變換技術(shù)，它的優(yōu)點是體積小、重量輕、噪音小、效率高。 （ 4）按照逆變器主開關(guān)器件的類型，可分為晶閘管逆變器、晶體管逆變器、場效應(yīng)管逆變器、 IGBT 逆變器等。利用單極性移相控制技術(shù)，控制高頻脈沖環(huán)節(jié)逆變 器， 根據(jù)軟開關(guān)的工作原理，控制各管的導(dǎo)通時刻與導(dǎo)通時間，使之工作在零電壓開關(guān)與關(guān)斷模式，可以大大降低器件的開關(guān)損耗以及電磁干擾噪聲。近年來，結(jié)合 DSP或單片機技術(shù)，通過編程算法可以滿足各種控制策略的要求，大大提高了 PWM 控制在逆變電源控制方面的應(yīng)用效率 [3,4]。隨著單片機等數(shù)字器件的發(fā)展，逆變器的開環(huán)控制逐漸采用了數(shù)字方法，從而出現(xiàn)了幾種新型的 SPWM 調(diào)制技術(shù)，如載波調(diào)制 PWM、諧波注入 PWM 以及最優(yōu) PWM 等。 PI 控制以形式簡單、參數(shù)易于設(shè)計、理論成熟為特點，成為當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的控制方法。具體實現(xiàn)方式包括電壓瞬時值反饋控制和電壓電流雙閉環(huán)反饋控制。將電壓環(huán)與電流環(huán)配合使用達到調(diào)節(jié)輸出電壓和補償電流特性的目的。為了更好的抑制負(fù)載的擾動，滯環(huán)的寬度越窄越好，但這會使開關(guān)頻率急劇升高。節(jié)省能源與開發(fā)新能源，提高燃料的利用率與減少燃料燃燒產(chǎn)生的污染已成為必須解決的重要課題。 另外，通過對此課題的研究設(shè)計，可以進一步的加深對逆變器的認(rèn)識，將大學(xué)四年所學(xué)知識融匯，深化，接近工程實際，提高自己分析解決問題的能力，對于以后的走上工作崗位是一個很好的準(zhǔn)備。其總體框圖如圖 21 所示： 圖 31 總體框圖 單元電路的簡單介紹 SPWM 波的產(chǎn)生：主要采用 EG8010。這里所說的效果基本相同，指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。當(dāng)窄脈沖變?yōu)閳D 21d 的單位脈沖函數(shù)δ (t)時，環(huán)節(jié)的響應(yīng)即為該環(huán)節(jié)的脈沖過渡函數(shù)。如果把上述脈沖序列用同樣數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖序列代替，使矩形脈沖的中點和相應(yīng)正弦等分的中點重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)正弦部分面積 (沖量 )相等，就得到圖 32b 所示的脈沖序列。對于正弦波的負(fù)半周，也可以用同樣的方法得到 PWM 波形。通常采用等腰三角形作為載波，因為等腰三 角形上下寬度與高度成線性關(guān)系且左右對稱，當(dāng)它與任何一個平緩變化的調(diào)制信號波形相交時，如在交點時刻控制電路中開關(guān)器件的通斷，就可以得到寬度正比于信號波幅值的脈沖，這正好符合 PWM控制的要求。 SPWM 波的生成與原理分析 自然采樣法生成 SPWM 波 自然法生成 SPWM 波又稱模擬電路法生成 SPWM 波，通常用模擬比較器比較生成 SPWM波，如果用信號正弦波作為比較器的同相端輸入信號，三角載波作為比較器的反相端輸入信號，便實現(xiàn)了自然法生成 SPWM 波，如圖 33 所示，比較器輸出經(jīng)死區(qū)形成電路即可生成帶死區(qū)的 SPWM 波。圖中的 ru 為正弦調(diào)制波， cu 為三角形載波。在 ru 的正半周期間，給 T1始終施加開通控制信號，使其始終保持導(dǎo)通狀態(tài)，使 T T3始終保持關(guān)斷狀態(tài)，只控制 T4。 這種調(diào)制方式中，在調(diào)制波 ru 的正、負(fù)半個周期內(nèi)，三角形載波只在一個方向變化，輸出電壓也只在一個方向變化。像這種在 ru 的半個周期內(nèi)三角形載波只在單一的正極性或負(fù)極性范圍內(nèi)變化，所得到的 SPWM 波形也只在單 個極性范圍變化的控制方式稱為單極性 SPWM 控制方式。但 cu 的波形與單極性時有明顯的不 同，在 ru 的半個周期內(nèi)，三角波載波不再是單極性的，而是有正有負(fù)的雙極性三角波。主電路的輸出電壓 ou 波形如圖 36 所示，其幅值只有du? 、 du? 兩種。 圖 36 雙極 性 SPWM 控制原理 (2) 同步調(diào)制與異步調(diào)制 在 PWM 逆變電路中，載波頻率 fc 與調(diào)制信號頻率 fr 之比 N= fc/fr。固定不變，因而載波比 N 是變化的。因此，在采用異步調(diào)制方式時，希望盡量提高載波頻率，以使在調(diào)制信號頻率較高時仍能保持較大的載波比，改善輸出特性。 4 電源逆變裝置的主電路的設(shè)計 主電路的組成 該電源逆變裝置的主電路主要包括： SPWM 波的產(chǎn)生、驅(qū)動電路、 DC/DC 電路、逆變電路、整流濾波電路等。選用 DC/DC 及芯片 78L05，通過此使其輸出不同電壓。 方案二： a） 概述：全橋式。采用 RC 濾波電路，可以簡化電路結(jié)構(gòu)，能夠濾掉絕大部分無關(guān)的雜波，得到比較準(zhǔn)確的輸出電壓波形，然而由于電容的加入，增加了系統(tǒng)的無功功率，電阻還會消耗一部分功率，且輸出電壓的相位有一定的偏移，這使得相位難于控制，故不采用此方案。 SPWM 波的產(chǎn)生設(shè)計 EG8010 的簡單介紹 對于該 SPWM 波產(chǎn)生單元電路，采用芯片 42所示： 14 圖 41 EG8010芯片管腳圖 引腳 26： VCC 芯片的 +5V 工作電源端 引腳 3,12： GND 芯片的地端 引腳 1： DT1 引腳 2： DT0 DT1,DT0 是設(shè)置 PWM 輸出上、下 MOS 管死區(qū)時間： “ 00”是 300nS 死區(qū)時間； “ 01”是 500nS 死區(qū)時間； “ 10”是 死區(qū)時間； “ 11”是 死區(qū)時間 引腳 4： RXD 串口通訊數(shù)據(jù)接收端 引腳 5： TXD 串口通訊數(shù)據(jù)發(fā)送端 引腳 6： SPWMEN SPWM 輸出使能端，“ 1”是啟動 SPWM 輸出，“ 0”是關(guān)閉 SPWM輸出 引腳 7： FANCTR 外接風(fēng)扇控制，當(dāng) TFB引腳檢 測到溫度高于 45℃時，輸出高電平“ 1”使風(fēng)扇運行，運行后溫度低于 40℃時，輸出低電平“ 0”使風(fēng)扇停止工作 引腳 8： LEDOUT 外接 LED 報警輸出，當(dāng)故障發(fā)生時輸出低電