【文章內(nèi)容簡介】 擾環(huán)境下正常可靠工作的能力，同時也是電子設(shè)備和電源限制自身產(chǎn)生電磁干擾和避免干擾周圍其它電子設(shè)備的能力。本論文從硬件和軟件兩方面考慮，采取措施來解決電磁干擾問題。3．6．1 硬件方面考慮綜合來說，電子電路所受干擾的程度有以下三個方面決定：1)干擾源的強(qiáng)度；2)干擾傳播途徑的耦合因素；3)電子電路的抗干擾能力。這給我們提供一個解決問題的指導(dǎo)思想：抑制干擾源；切斷傳播途徑；提高電子電路的抗干擾能力。首先，從干擾源的抑制開始。對于外界電氣設(shè)備產(chǎn)生的干擾，我們無法抑制，只能減少自身產(chǎn)生的干擾。采取的措施有：1)選擇較大的柵極驅(qū)動電阻，增加MOSFET和IGBT的開通和關(guān)斷時間；MOSFET和IGBT集電極、發(fā)射極之間接有吸收電路。這些措施大大降低了MOSFET和IGBT開通關(guān)斷時的電壓電流變化率，從而減少了干擾源的強(qiáng)度。2)在控制電路中使用了磁珠和磁環(huán)。磁珠和磁環(huán)專用于抑制信號線、電源線上的噪聲和尖峰干擾。它們的吸收能力是用其阻抗特性來表征的。在低頻段，它們呈現(xiàn)出非常低的感性阻抗值，不影響數(shù)據(jù)線或信號線上的有用信號的傳輸。在高頻段，從 100MHz 左右開始，阻抗增大，其感抗分量仍保持很小，電阻分量卻迅速增加，將高頻段電磁干擾能量以熱能形式吸收并耗散。3)DC／DC部分逆變得到的交流電，在經(jīng)過變壓器后，需要整為直流，整流二在變壓器的原邊和副邊加吸收電路，抑制了過電壓的同時，也削弱了干擾源。其次，在切斷干擾途徑方面，采取以下措施：1)控制電路電源輸入加單相電源濾波器，切斷交流電源通路上的干擾；2)取自同步變壓器的電壓同步信號使用光耦進(jìn)行隔離；3)DSP發(fā)出的驅(qū)動信號經(jīng)6N137光耦隔離；4)各種采樣、保護(hù)信號反饋的是重要的系統(tǒng)控制量或者狀態(tài)量，而且由于引線較長，常常受到干擾，有電壓尖峰的出現(xiàn)，導(dǎo)致系統(tǒng)錯誤控制或者誤保護(hù)，采用合適參數(shù)的吸收緩沖電路是必要的，根據(jù)時間常數(shù)的不同，這些信號都通過一級低通濾波環(huán)節(jié)，濾去非正常的噪聲信號。并且，系統(tǒng)的布局好壞對電磁兼容性影響很大。在逆變系統(tǒng)中，往往存在許多不同電路單元，如開關(guān)主電路、控制電路等，這些單元如果布置不合理，則會影響設(shè)備內(nèi)電磁兼容性及整體的抗干擾能力。一般來講要按系統(tǒng)各部分功能不同而將其化為不同的功能模塊，使它們的相互影響最小。但由于成本及性能指標(biāo)等多方面因素的影響，往往采用結(jié)構(gòu)區(qū)分的方法處理。結(jié)構(gòu)區(qū)分設(shè)計的原則是：1)開關(guān)電源與數(shù)字電路、模擬電路分區(qū)；2)弱信號單元和強(qiáng)信號單元分區(qū)；3)數(shù)字單元和模擬單元分區(qū)；4)電路性質(zhì)差異大的單元分區(qū)。3．6．2 軟件方面考慮1)在硬件的濾波措施存在的情況下，軟件中采取邏輯判斷措施對電壓同步信號濾波；2)對于系統(tǒng)計算的中間變量和結(jié)果都進(jìn)行范圍限制，不允許關(guān)鍵數(shù)據(jù)出錯，以保證整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性；3)系統(tǒng)開始正常工作后，在同步中斷子程序中，對同步進(jìn)行軟件濾波，如果不滿足條件，正弦表的偏移地址不允許復(fù)位；4)在讀取A／D采樣結(jié)果時，增加等待時間，并且查看采樣狀態(tài)寄存器的狀態(tài)，以確保讀取正確的采樣結(jié)果。3．7 光伏并網(wǎng)逆變器的仿真建模經(jīng)過第二章的分析，本文確定了光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的逆變器控制采用固定開關(guān)頻率的PWM控制方法，電壓反饋信號與給定的電壓參考信號比較產(chǎn)生誤差信號，經(jīng)過PI調(diào)節(jié)后作為給定電流參考信號，電流反饋信號與給定的電流參考信號比較產(chǎn)生誤差信號，經(jīng)PI調(diào)節(jié)后與固定頻率的三角波比較產(chǎn)生SPWM控制脈沖后，經(jīng)隔離、放大后作為開關(guān)管的門極脈沖。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)采用的雙閉環(huán)方式，外環(huán)為電壓環(huán)，內(nèi)環(huán)為電流環(huán)，由電壓環(huán)和電流環(huán)組成的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)有效的保證了對輸出電壓、電流波形和幅值的要求，具有控制的物理意義明確，易于軟件實現(xiàn)，動態(tài)響應(yīng)快等優(yōu)點。為了防止橋臂發(fā)生直通，在電路中設(shè)置了相應(yīng)的死區(qū)。三角波的載波頻率是10kHz，而逆變器本身的輸出頻率比較低，因此在忽略開關(guān)延遲時間的前提下，逆變器本身可等效為一個比例環(huán)節(jié)。輸出濾波器采用LC型濾波器，可以得到電路的等效模型，由此可推導(dǎo)出逆變控制系統(tǒng)的示意圖如圖所示，作者根據(jù)系統(tǒng)的控制精度設(shè)計了控制參數(shù)。圖 逆變器輸出 MATLAB 仿真模型圖 并網(wǎng)逆變器輸出波形?？梢钥闯?，逆變器輸出的電壓和電流同頻同相，只要保證了并網(wǎng)同步的實現(xiàn)，就可以使逆變器的輸出電流與電網(wǎng)電壓嚴(yán)格的同頻同相，達(dá)到輸出功率因數(shù)為1的目的。3．8 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計．TI公司出品的TMS320F2812芯片，為光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)提供了高性能的解決方案。此芯片為內(nèi)嵌式電機(jī)控制系統(tǒng)提供了明確完整的外圍設(shè)備模塊。包括：模／數(shù)轉(zhuǎn)換器模塊、PWM輸出模塊、定時器模塊、保護(hù)模塊、串行通訊和其它功能的模塊。這些適合電力電子控制的外設(shè)模塊及其運(yùn)行的高速性能使得完整的數(shù)字式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計方案成為可能。這部分軟件設(shè)計主要由主程序、同步中斷、定時器 T1 中斷和定時器 T2 中斷組成，流程圖如圖 3．12 所示。圖 軟件流程圖主程序主要完成特殊寄存器以及外部事件管理器中的寄存器的初始化，并對變量進(jìn)行定義。在主循環(huán)里完成多個非中斷的功能，一旦中斷來臨，程序就跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的中斷服務(wù)子程序。同步中斷的主要功能是外部中斷來臨時，完成正弦表偏移地址的復(fù)位，它的中斷周期為20ms。定時器T1中斷主要完成交流電路的采集以及PWM波的輸出，它的中斷周期為50us。定時器T2中斷主要完成電壓環(huán)節(jié)的PI算法，得到電流指令值，它的中斷周期為10ms。第四章 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的孤島效應(yīng)及防止策略4．1 孤島效應(yīng)及其危害所謂孤島效應(yīng)就是當(dāng)電力公司的供電系統(tǒng)因事故故障或停電維修等原因而停止工作時，安裝在各個用戶端的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)未能及時檢測出停電狀態(tài)而將自身脫離市電網(wǎng)絡(luò)，因而形成了一個由光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)向周圍負(fù)載供電的一個電力公司無法掌握的自給供電孤島現(xiàn)象。一般來說，孤島效應(yīng)可能對整個配電系統(tǒng)設(shè)備及用戶端的設(shè)備造成不利的影響，包括：1)危害電力公司輸電線路維修人員的安全；2)影響配電系統(tǒng)上的保護(hù)開關(guān)動作程序；3)造成電力孤島區(qū)域所發(fā)生的供電電壓與頻率的不穩(wěn)定現(xiàn)象；4)當(dāng)電力公司供電恢復(fù)時所造成的相位不同步問題；5)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)因單項供電而造成系統(tǒng)三相負(fù)載的欠相供電問題。當(dāng)越來越多的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)并聯(lián)于交流電網(wǎng)時，發(fā)生孤島效應(yīng)的機(jī)率也就越高，所以必須尋求適當(dāng)策略來應(yīng)對日趨嚴(yán)重的孤島效應(yīng)問題。4．2 孤島效應(yīng)的檢測方法孤島現(xiàn)象的檢測方法根據(jù)技術(shù)特點，可以分為三大類：被動檢測方法、主動檢測方法和外部檢測方法。4．2．1 被動檢測方法1)過／欠電壓和高／低頻率檢測法 (OVP／UVP、OFP／UFP) 過／欠電壓和高／低頻率檢測法是在公共耦合點的電壓幅值和頻率超過正常范圍時，停止逆變器并網(wǎng)運(yùn)行的一種檢測方法。如果電壓或頻率偏移達(dá)到孤島檢測設(shè)定閥值，則可檢測到孤島發(fā)生。然而當(dāng)逆變器所帶的本地負(fù)荷與其輸出功率接近于匹配時，則電壓和頻率的偏移將非常小甚至為零，因此該方法存在非檢測區(qū)(NDZ)。這種方法的經(jīng)濟(jì)性較好，但由于非檢測區(qū)較大，所以單獨(dú)使用 OVR／UVR 和 OFRIUFR 孤島檢測是不夠的。2)電壓諧波檢測法。電壓諧波檢測法通過檢測并網(wǎng)逆變器的輸出電壓的諧波含量來防止孤島現(xiàn)象發(fā)生，這種方法依據(jù)工作分支電網(wǎng)功率變壓器的非線性原理。對于通過功率變壓器輸出到電網(wǎng)的并網(wǎng)逆變器，當(dāng)電網(wǎng)存在時，逆變器輸出電壓由于受電網(wǎng)控制因而不會有太大的諧波含量；當(dāng)電網(wǎng)斷開時，由于負(fù)載阻抗通常要比電網(wǎng)阻抗大得多，從光伏系統(tǒng)注入功率變壓器的電流可能引入較大的電壓諧波，通過檢測電壓諧波或諧波的變化就能有效的檢測到孤島效應(yīng)的發(fā)生。但是在實際應(yīng)用中，由于非線性負(fù)載等因素的存在，電網(wǎng)電壓的諧波很大，諧波檢測的動作閥值不容易確定，因此，該方法具有局限性。被動檢測法一般實現(xiàn)起來比較簡單，然而當(dāng)并網(wǎng)逆變器的輸出功率與局部電網(wǎng)負(fù)載的功率基本接近導(dǎo)致局部電網(wǎng)的電壓和頻率變化很小時，被動檢測法就會失效，即被動檢測法通常都存在較大非檢測區(qū)的問題。4．2．2 主動檢測方法1)頻率偏移檢測法(AFD)應(yīng)用微處理器的逆變器很容易實現(xiàn) AFD 該方法的檢測原理如圖所示。圖中 Ts 是系統(tǒng)電壓周期，T 是逆變器輸出電壓周期。因逆變器的輸出電流波形有少量畸變，前半周，逆變器輸出電流的頻率稍高于系統(tǒng)電壓頻率，逆變器輸出電流先到零，并且在電壓波形到達(dá)零之前的 tz，時間里一直保持為零。后半周，逆變器輸出電流又先到零，并且一直保持到系統(tǒng)電壓到零。孤島時，若此電流加到阻性負(fù)載上，其電壓響應(yīng)會跟隨這種失真電流波形并且在更短的時間內(nèi) 到達(dá)零點，從而引起輸出電壓和電流之間的相位誤差。逆變器為消除相位誤差會增加輸出電流的頻率，導(dǎo)致阻性負(fù)載電壓響應(yīng)的過零點與預(yù)期相比更提前了。逆變器會繼續(xù)檢測相位誤差并再次增加電流頻率，直到頻率偏移足夠大，能夠被 OFR\UFR 檢測到為止。頻率偏移檢測法會降低逆變器輸出電能的質(zhì)量。另外，當(dāng)存在多個逆變器時，所有逆變器必須統(tǒng)一頻率偏移的方向。如果頻率偏移方向不一致，其輸出會相互抵消，降低孤島檢測效率。4．2．3 外部檢測方法外部檢測法是通過電網(wǎng)對逆變器進(jìn)行控制，或者電網(wǎng)與逆變器之間的通信來控制逆變器在一定條件下停止并網(wǎng)運(yùn)行的一類方法。外部方法都有很高的檢測效率，但是由于需要在電網(wǎng)上安裝附件，成本會相應(yīng)提高。根據(jù)電網(wǎng)對逆變器的控制方式的不同，主要分為以下兩種方法：1)自動投切阻抗法自動投切阻抗法是當(dāng)電網(wǎng)斷電時，自動在電網(wǎng)側(cè)插入低阻抗負(fù)載，插入的低阻抗負(fù)載能夠打破逆變器與負(fù)載之間的原有的平衡，造成并網(wǎng)處公共耦合點電壓的幅值或頻率偏移，從而實現(xiàn)孤島檢測。2)運(yùn)用遠(yuǎn)程通訊監(jiān)控線路電網(wǎng)端的發(fā)送器通過電力線路本身發(fā)送信號來傳遞信息，用戶端的接收器檢測電網(wǎng)上是否有發(fā)生器發(fā)送的信號，如果沒有收到則認(rèn)為電網(wǎng)已經(jīng)斷開。外部檢測法的特點：1)實時性強(qiáng)，檢測速度快，穩(wěn)定性高；2)對電網(wǎng)系統(tǒng)正常運(yùn)行沒有影響；3)需要額外安裝監(jiān)控或阻抗投切設(shè)備，成本比較昂貴：4)比較適合于大功率分布式電站的并網(wǎng)。4．2．4 本論文采用的孤島檢測的方法本文采用了一種新的孤島檢測方法電壓前饋正反饋擾動檢測的方法。首先簡單介紹一下電壓反饋原理，其運(yùn)行原理如圖所示。當(dāng)逆變器輸出電壓增加時，AI 反饋將使逆變器有功功率輸出增加，根據(jù)公式，有功功率的增加將帶動電壓的增加，電壓的增加又使得逆變器輸出有功功率增加，依次循環(huán)，直到電壓增大到超過繼電器的保護(hù)范圍，孤島現(xiàn)象就會被檢測出來。逆變器輸出電壓降低時，電壓正反饋的運(yùn)行機(jī)制和電壓升高時正好相反。電壓前饋正反饋擾動孤島檢測法的具體方法是：將 a 點電壓前饋，加入周期擾動量，輸出量作為電流幅值擾動量，然后作用在逆變器輸出電流的給定上，從而改變逆變器輸出有功功率，進(jìn)一步影響輸出電壓的變化，電壓將超出正常的范圍，然后孤島現(xiàn)象被檢測到。電壓前饋正反饋擾動孤島檢測法的系統(tǒng)圖如電壓前饋正反饋擾動孤島檢測法的算法公式為：式中Id 為電流幅值擾動量；K 為系數(shù)；Ua 點電壓峰值；Um 為電網(wǎng)電壓峰值；Ud 為周期擾動量，初值為 0，每隔 ls 將其設(shè)置為預(yù)設(shè)值。并網(wǎng)運(yùn)行時，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的輸出電流為式中Im 為并網(wǎng)逆變器輸出電流的給定值；F0 為電網(wǎng)頻率。但是只有在理想情況下 Um 的值為 311V，實際上電網(wǎng)電壓存在波動，Um 不是恒定值，因此需要找到 Um 合適的表示方法。理論上認(rèn)為，在較短時間內(nèi)電網(wǎng)電壓峰值保持恒定值，并網(wǎng)逆變器處于并網(wǎng)運(yùn)行時 Ua=Um，基于上面的理論，可以設(shè)定 Um（k）=Ua（kN） ，其中 N 為系統(tǒng)采集 a 點電壓的采樣周期，換言之，在較短時間內(nèi)，第 k 個周期電網(wǎng)電壓峰值和第 k 一 N 個周期 a 點電壓峰值相等。假定第七個周期電網(wǎng)斷電，其后的一個周期乩的值可以由并網(wǎng)逆變器正常運(yùn)行時的 Ua(kN+1)表示，即 Um(k+1)=Ua(kN+1)。以此類推。此時輸出電流表示為：從 a 點電壓峰值 Ua 的角度考慮，分為以下情況：1)U(k)Um(k)設(shè)第k個周期發(fā)生孤島現(xiàn)象，此時a點電壓峰值高于上次的采樣值，即Ua(k)Um(k)=Ua(kN)。由式(411)可知，第k+1 個周期電流峰值增大。根據(jù)正反饋原理 a點電壓呈上升趨勢。當(dāng)電壓上升超過預(yù)設(shè)閥值時，系統(tǒng)將檢測到孤島現(xiàn)象的發(fā)生。周期擾動量Ud 由0 變?yōu)镵d，進(jìn)一步使a點電壓上升，直到超出預(yù)設(shè)閥值。2)Ua(k)Um(k)設(shè)第 k 個周期發(fā)生孤島現(xiàn)象，此時 a 點電壓峰值低于上次的采樣值，即Ua(k)Um(k)=Ua(k 一 N)。第 k+1 個周期電流峰值減小。根據(jù)正反饋原理 a 點電壓呈下降趨勢，當(dāng)電壓下降超過預(yù)設(shè)閥值時，系統(tǒng)將檢測到孤島現(xiàn)象的發(fā)生。周期擾動量％由 0 變一心，進(jìn)一步使 a 點電壓下降，直到超出預(yù)設(shè)閥值。3)Ua(k)=Um(k)孤島現(xiàn)象發(fā)生后，周期擾動量 Ud=Kd，由于電壓幅值沒有變化，系統(tǒng)無法檢測到孤島現(xiàn)象的發(fā)生。璣每隔 ls 作用，Ud 的引入使光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)輸出電流減小，使得 Ua(k)Ua(k 一 N)，此后的系統(tǒng)工作過程與 Ua(k)Ua(k 一 N)的情況相同。該方法的優(yōu)點是多個并網(wǎng)逆變器進(jìn)行孤島檢測時，逆變器之間是相互支持的，即當(dāng)一個逆變器的擾動使擾動量上升，其它的并網(wǎng)逆變器會檢測到相同的變化方向，控制的結(jié)果會使其進(jìn)一步上升。當(dāng)電網(wǎng)不穩(wěn)定或大負(fù)載突然投切時，電網(wǎng)電壓會出現(xiàn)較大的波動，從而引起孤島檢測與保護(hù)系統(tǒng)誤動作，即出現(xiàn)虛假的孤島保護(hù)現(xiàn)象。設(shè)額定電網(wǎng)電壓的幅值是 Ua，當(dāng)Ua/Un≤50％或 Ua／Un≥ 137％時，可以確定真正孤島現(xiàn)象發(fā)生，應(yīng)當(dāng)采取相應(yīng)的保護(hù)措施，但是，當(dāng)