【正文】 工作于空閑模式時 CPU 停止工作，而 SRAM、 T/C、 SPI 端口以及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作；掉電模式時晶體振蕩器停止振蕩，所有功能除了中斷和硬件復位之外都停止工作；在省電模式下，異步定時器 繼續(xù)運行，允許用戶保持一個時間基準，而其余功能模塊處于休眠狀態(tài) ； ADC 噪聲抑制模式時終止 CPU和除了異步定時器與 ADC以外所有 I/O模塊的工作，以降低 ADC轉(zhuǎn)換時的開關(guān)噪聲； Standby模式下只有晶體或諧振振蕩器運行，其余功能模塊處于休眠狀態(tài)，使得器件只消耗極少的電流，同時具有快速啟動能力。 (注意：如果采有 1024位的 93C46，實際只用低 256位，其余的不編程。 DIR控制三相順序，高電平表示正向 旋轉(zhuǎn)。 SA866有 6種工作模式，它 可以變頻變幅，也可以定頻變幅；可以獨立運行，也可與微處理器配合使用，基本做到了低價格多功能，在許多逆變領(lǐng)域均可采用。 20 第 4 章 控制電路的實現(xiàn) 三相 SPWM發(fā)生器是變頻器的核心部分，它的性能好壞，直接關(guān)系到整個變 頻器的工作狀況。則任何時刻都有三個開關(guān)管 導通，并按 3， 4， 5， 6， 1， 2的順序?qū)?。電?R的功率為 20 2( / 2 / 2)RP f L I CU?? (36) 由式 (36)可見，隨著工作頻率的增加，電阻的功率與 f成正比。 IGBT的柵極串聯(lián)電阻通常采用表 31 表 31 柵極電阻推薦值 所推薦的值，如工作頻率較低也可采用前一擋電阻值加大的電阻。柵極串聯(lián)電阻 的阻值應根據(jù)電路和系統(tǒng)的情況折中考慮，選擇合適的值。在運行頻率較低時。只有在充分利用和滿足其特點、要求的情況下，才能使 IGBT， 展現(xiàn) 出優(yōu)點并獲得較高的可靠性。當 VT處 于斷態(tài)的時候電源和電感共同向電容 C充電并向負載提供能量。每次脈動的波形都一樣。因風力發(fā)電機的輸出為三相交流電，額定輸出功率為 2KW，并且輸出電壓較低，所以整流電路采用三相橋式不可控整流電路，如圖 33所示 ,這種電路的特點是不用中線、輸出電壓高、輸出紋波小、輸入諧波小。同時直流斬波電路還可以完成功率因數(shù)校正功能，提高并網(wǎng)逆變裝置的功率因數(shù)并抑制高次諧波。當風速太大的時候，使得風機超載運行時，卸荷部分接入，保證恒功率運行．并網(wǎng)逆變器主電路采用 PFC校正部分 +DC／ AC逆變器的拓撲結(jié)構(gòu)。采用這樣的主電路結(jié)構(gòu)就能很好的解決低風速時的風力發(fā)電機的并網(wǎng)問題。要求 該并網(wǎng)逆變器具有各種保護和運行控制功能，具有完善的運行參數(shù)顯示 ，可以實現(xiàn)由風能產(chǎn)生的電能的高效率的并網(wǎng)。過零觸發(fā)是在設定的周期內(nèi)，逐步改變晶閘管的導通周波數(shù)。在發(fā)電機并網(wǎng)后，應立即在發(fā)電機端并入補償電容，將發(fā)電機的功率因數(shù)提高到 ．該種軟并網(wǎng)方法的特點是通過控制晶閘管的導通角，將發(fā)電機并網(wǎng)瞬間的沖擊電流值限制在規(guī)定的范圍內(nèi) (一般為 )，從而得到一個平滑的并網(wǎng)瞬態(tài)過程。因為電阻、電抗器等元件要消耗功率，在發(fā)電機并入電網(wǎng)以后， 進入穩(wěn)定運行狀態(tài)時，必須將其迅速切除。因此對機組的調(diào)速要求，不像同步發(fā)電機那 樣 嚴格精確，不需要同步設備和整步操作，只要轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時就可并網(wǎng)。與采用電流控制策略不同，近年來出現(xiàn)了基于電網(wǎng)電壓定向的直接功率控制，用功率環(huán)代替了電流內(nèi)環(huán)，以直接調(diào)整變換器輸入輸出的功率平衡來實現(xiàn)直流母線的電壓控制，改進了系統(tǒng)的動靜態(tài)性能。永磁直驅(qū)變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖 11所示。 (2)永磁直驅(qū)變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng) 為了省去高故障率的齒輪箱 ，提高風力發(fā)電機組的可靠性和效率，以德國Enercon公司為首的風電機制造商，推出無齒輪箱永磁同步風力發(fā)電機。由于技術(shù)簡單、經(jīng)濟性高，獲得了許多國家廣泛的應用，目前我國已建成運行的大型風機絕大多數(shù)屬于這一技術(shù)類型。與 20xx 年當年新增裝機 萬 kW 相比， 20xx年當年新增裝機增長率為 254%。 20xx 年國際風力發(fā)電市場份額的分布多樣化進程呈持續(xù)發(fā)展趨勢：有 11個國家的裝機容量已高于 1,000MW，其中 7 個歐洲國家（德國、西班 牙、意大利、丹麥、英國、荷蘭、葡萄牙）， 3 個亞洲國家（印度、中國、日本），還有美國。而在永磁同步電機加上交直交的變流系統(tǒng)中，電 機隨風速的變化輸出交變的電壓，首先通過整流器整流成直流，經(jīng)升壓斬波器后得到穩(wěn)定的直流電壓，再通過逆變器變換為頻率恒定的交流電輸入電網(wǎng)。 目前國際上有多種方案實現(xiàn)變速恒頻風力發(fā)電。風力發(fā)電機組 (簡稱風電機 )是將風能轉(zhuǎn)化為電能的設備。 歷經(jīng)近 30 年的發(fā)展，風力發(fā)電系統(tǒng)的效率已經(jīng)得到顯著提高，其單機功率和風機的葉輪直徑也愈來愈大。 風能是最清潔的能源之一，風力發(fā)電是大規(guī)模利用風能最直接最有效的方式。 風力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的研究背景 隨著全球經(jīng)濟的飛速發(fā)展 ， 人類對能源的需求越來越多。由能源問題引發(fā)的危機以及日益突出的環(huán)境問題，使人們認識到開發(fā)清潔的可再生能源是保護生態(tài)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的客觀需要?？刂葡到y(tǒng)對提高風力發(fā)電系統(tǒng)功率輸出的穩(wěn)定性有很大的作用，所以有必要對控制系統(tǒng)和控制過程進行分析。變槳距風力發(fā)電機組的主要控制是在起動時對風輪轉(zhuǎn)速的控制和并網(wǎng)后對輸入功率的控制。可見，能源危機和環(huán)境保護問題困擾世界的同時也給諸多科技領(lǐng)域施加了動力并提供了廣闊的市場。運行可靠性從 20 世紀80 年代初的 50%，提高到 98%以上，并且在風電場運行的風力發(fā)電機組全部可以實現(xiàn)集中控制和遠程控制 。在過去 5 年中，風電成本下降約 20%。恒速恒頻指在風力發(fā)電中，發(fā)電機轉(zhuǎn)速不變，從而得到頻率恒定的電能 。在發(fā)電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速小于電網(wǎng)同步轉(zhuǎn)速時，由于風速太小僅靠風能發(fā)出的電能 不能滿足要求 ,因發(fā)電機的電壓和頻率都太低而不能將其傳送到電網(wǎng)上去，此時，由控制電路控制電網(wǎng)側(cè)脈沖整流器工作在整流狀 態(tài)，將電網(wǎng)的部分電能轉(zhuǎn)換成直流電，然后再將直流電經(jīng)電機側(cè)脈沖整流器變換為交流電，其頻率應保證與轉(zhuǎn)子頻率之和等于 50 赫茲，即從電網(wǎng)獲得的電能和風能一并相加并傳送到交流電網(wǎng)，以此實現(xiàn)風能至電能的轉(zhuǎn)換 。 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 世界風力發(fā)電的現(xiàn)狀，目前，中、 大型風力發(fā)電機組已在世界上 40 多個國家陸地和近海并網(wǎng)運行，風電增長率比其它電源增長率高的趨勢仍然繼續(xù)。 國內(nèi)風力發(fā)電的現(xiàn)狀，根據(jù)國家氣象科學院的估算，我國陸地地面 10 米高度層風能的理論可開發(fā)量為 32 億 kW，實際可開發(fā)量為 億 kW。中國 “十一五 ”國家科技支撐計劃重大項目 “大功率風電機組研制與示范 ”支持 ~、 以上雙饋式變速恒頻風電機組的研制； ~、 以上直驅(qū)式變速恒頻風電機組的研制； 以上風電機組葉片、齒輪箱、雙饋式發(fā)電機、直驅(qū)式永磁發(fā)電機的研制及產(chǎn) 業(yè)化； 以上雙饋式風電機組控制系統(tǒng)及變流器、直驅(qū)式風電機組控制系統(tǒng)及變流器的研制及產(chǎn)業(yè)化；近海風電場建設關(guān)鍵技術(shù)的研究；近海風電機組安裝及維護專用設備的研制；大型風電機組相關(guān)標準制定及風電技術(shù)發(fā)展分析等 16 個課題的研究 [10]。 (1)雙饋異步電機變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng) 目前美國 GE 能源、德國 Fuhrlamp。隨著風機轉(zhuǎn)速的變化，永磁風力發(fā)電機所發(fā)出的電頻率也是不斷變化的。采用間接電流控制策略，直流電壓調(diào)節(jié)器的輸出直接用來調(diào)整整流器輸入端的電壓幅值和相位，網(wǎng)側(cè)電流的動態(tài)響應慢，且對系統(tǒng)參數(shù)變化 比較靈敏。 并網(wǎng)方法 因為 風力機為低速運轉(zhuǎn)的動力機械，在風力機與異步發(fā)電機轉(zhuǎn)子之間經(jīng)增速齒輪傳動來提高轉(zhuǎn)速以達到適合異步發(fā)電機運轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速。但如上所述，直接并網(wǎng)時 8 會出現(xiàn)較大的沖擊電流及電網(wǎng)電壓的下降，因此這種并網(wǎng)方法只適合用于異步發(fā)電機容量在百千瓦級以下而電網(wǎng)基于 DSP的風能并網(wǎng)逆變器的研究容量較大的情況下。其并網(wǎng)的過程如下：當風力發(fā)電機組接收到由控制系 統(tǒng)內(nèi)微處理器發(fā)出的啟動命令后，先檢查發(fā)電機的相序與電網(wǎng)的相序是否一致，若相序正確，則發(fā)出松閘命令，風力發(fā)電機組開始啟動。 晶閘管軟并網(wǎng)技術(shù)對晶閘管器件及與之相關(guān)的晶閘管觸發(fā)電路提出了嚴格的要求，即晶閘管器件的特性要求一致、穩(wěn)定以及觸發(fā)電路可靠，只有發(fā)電機主回路中的每相的雙向晶閘管特性一致，控制極觸發(fā)電壓，觸發(fā)電流一致，全開通壓降相同，才能保證可控硅導通角在 0度～ 1踟度范圍內(nèi)同步逐漸增大，才能保證發(fā)電機三相電流平衡。 整個并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要由雙饋發(fā)電機、雙脈沖整流器組成。 系統(tǒng)中采用直驅(qū)式永磁同步發(fā)電機將風能轉(zhuǎn)化為電能，經(jīng)三相不可控整流橋整為直流后，送入到直流變換電路中。本課題研究對象是智能化、高性能具有并網(wǎng)功能的風力發(fā)電逆變裝置，要求該并網(wǎng)逆變器具有各種保護和運行控制功能，可以實現(xiàn)由風能產(chǎn)生的電能的高效率的并網(wǎng)。采用這樣的主電路結(jié)構(gòu)就能很好的解決低風速時的風力發(fā)電機的并網(wǎng)問題。允許風力發(fā)電機 輸出的電能電壓在 40～ 150V之間，經(jīng)整流橋整流為直流后，送入到DC/DC升壓電路中。輸 出電流平均值為： RUI dd ? (32) 其中 R為負載電阻值。其輸入側(cè)有儲能電感可以減小輸入電流紋波，防止對后級電路的高頻瞬態(tài)沖擊；其輸出側(cè)有濾波電容可以減小輸出電壓紋波，對負載呈現(xiàn)電壓源特性。它融和了這兩種器件 容量大的優(yōu) 點，既具有 MOSFET器件驅(qū)動簡單和快速的優(yōu)點，又具有雙極型器件容量大的優(yōu) 點， 因而，在現(xiàn)代電力電子技術(shù)中得到了越來越廣泛的應用。 柵極驅(qū)動電路的阻抗，包括柵極驅(qū)動電路的內(nèi)阻抗和柵極串聯(lián)電阻兩個部 分。 其代 價是要付出較大的開通損耗。 IGBT的輸入電 容 ceC 隨 著其額定電流容量的增加而增大。我們在 實際 操作中選用的是 RC吸收器，這種吸收器比較簡單，但 缺點是電阻的損耗較大 的開關(guān)損耗。同理， B和 C點也是根據(jù)上下管導通情況 19 決定其電位的。 對于三相逆變 器也可以采用 SPWM控制方式。它的輸出頻率以及加速減速的快慢都可由外接電位器在線連續(xù)調(diào)節(jié)。 (2)工作狀態(tài)選擇 SERIAL 決定與 SA866連接的是 EEPROM還是微處理器，高電平表示與 EEPROM連接， PAGE0、 PAGEI決定采用的是 EEPROM中的哪一頁參數(shù)。 SA866 的控制方式 所有可編程參數(shù)都存儲在 EEPROM中，并在 RESET信號后自動裝入 SA866中。所有的寄存器都直接與算 數(shù)邏輯 單元 (ALU) 相連接 ， 使得一條指令可以在一個時鐘周期內(nèi)同時訪問兩個獨立的寄存器。端口 B(PB7.。 鎖相環(huán)控制 鎖相環(huán)只要是用于鎖定頻率，因為國內(nèi)的電網(wǎng)頻率是采用 50HZ，所以同步電動機發(fā)出的電，經(jīng)過逆變之后的輸出的頻率通過單片機鎖相，使 SA866產(chǎn)生50HZ的 SPWM,經(jīng)過隔離放大來驅(qū)動六路 IGBT，輸出經(jīng)過低通產(chǎn)生 50HZ的正弦波，從而與電網(wǎng)頻率匹 配。 SETTRIP為緊急停機信號，可快速禁止 PWM脈沖輸出，TRIP端表示輸出禁止狀態(tài)，低電平有效，該信號只有在復位信號下才能被解除。 管腳說明 采用 PLCC封裝，共有三十二個管腳，管腳圖如圖 41所示。它除了能產(chǎn)生合乎要求的SPWM脈沖外，還集成了完備的過流、過壓保護功能，并可在緊急情況如短路、過熱時快速關(guān)斷 PWM脈沖，保護逆變器和電機。方波 )，相電壓為階梯波，逆變器輸出電壓中的基波僅取決于直流電壓 VO的大小而不能調(diào)節(jié)控制，最低諧波階次為 5，且諧波含量大。通常使用更多的是如圖 36所示的三相橋式逆變電路。當回路的雜散電感 L較大時，為了抑制過電壓只有增加吸收電 容器的電容量這個辦法。但柵極串聯(lián)電阻過小會由于集電極 電流 下降的 di/dt過大，產(chǎn)生較大的集電極電壓尖峰，因此對于 IGBT關(guān)斷過程中 的柵 極串聯(lián)電阻的組織也需折中考慮。但在開通過程中如存在續(xù)流 二極管的反向恢復電流和吸收電容器的放電電流，則開通越快 IGBT承受的峰 值電 流也就越大，甚至急劇地上升導致 IGBT或續(xù)流二極管損壞。 IGBT的關(guān)斷特性主要取決于內(nèi)部少數(shù)載流子的復合速率，少數(shù)載流子的復合 受 MOSFET部分的關(guān)斷影響，使得柵極驅(qū)動對 IGBT的關(guān)斷也有一定的影響。 在逆變器中，我們選擇的開關(guān)器件為 IGBT。 Boost電路結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)成本低，是目前應用最廣泛的功率因數(shù)校正電路。輸出整流電壓蜥波形為線電壓在正半周期的包絡線。逆變控制策略上采用電壓源輸入、電流源輸出的控制方式，即采用電壓型并網(wǎng)的輸出電流控制，使逆變器能夠輸出與電網(wǎng)電壓同頻同相的正弦交流電流。直流變換電路的主要作用是調(diào)節(jié)直流輸出電壓，滿足逆變電路的工作要求和完成功率因數(shù)校正，提高并網(wǎng)逆變器的功率因數(shù) 并抑制諧波。同時直流斬波電路還可以完成功率因數(shù)校正功能，提高并網(wǎng)逆變裝置的功率因數(shù)并抑制高次諧波。當風速太大的時候，使得風機超載運行時，卸荷部分接入，保證恒功率運行．并網(wǎng)逆變器主電路采用 DC／ AC逆變器的拓撲結(jié)構(gòu)。中國引進和自行開發(fā)研制的 250、 300、 600KW的并網(wǎng)型異步風力發(fā)電機組，都是采用這種并網(wǎng)技術(shù)。但這種連接方式需選用電流允許值大的高反壓雙向晶閘管，這是因為雙向晶閘管中通過的電流需滿足大連理工大學碩士研究生學位論文能通過異步發(fā)電機的額定電流值，而具有旁路并網(wǎng)自動開關(guān)的軟并網(wǎng)連接方式中的高反壓雙向晶閘管只要能通過較發(fā)電機 空載電流略高的電流就可以滿足要求。 (3)通過晶閘管軟并