【正文】 端口 B(PB7.。 ATmega8 具有一整套的編程與系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具 ， 包括 ： C語(yǔ)言編譯器、宏匯編、程序調(diào)試器 /軟件仿真器、仿真器及評(píng)估板 ， 引腳說(shuō)明 如圖 43。 ATmega8有如下特點(diǎn) :8K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flash( 具有同時(shí)讀寫(xiě)的能力，即 RW)， 512字節(jié) EEPROM， 1K字節(jié) 23 SRAM， 32個(gè)通用 I/O口線， 32個(gè)通用工作寄存器，三個(gè)具有比較模式的靈活的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 (T/C)， 片內(nèi) /外中斷，可編程串行 USART，面向字節(jié)的兩線串行接口 ， 10位 6路 (8路為 TQFP與 MLF 封裝 )ADC，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門(mén)狗定時(shí)器，一個(gè) SPI 串行端口，以及五種可以通過(guò)軟件進(jìn)行選擇的省電模式。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(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)訪問(wèn)兩個(gè)獨(dú)立的寄存器。 鎖相環(huán)控制 鎖相環(huán)只要是用于鎖定頻率，因?yàn)閲?guó)內(nèi)的電網(wǎng)頻率是采用 50HZ，所以同步電動(dòng)機(jī)發(fā)出的電，經(jīng)過(guò)逆變之后的輸出的頻率通過(guò)單片機(jī)鎖相，使 SA866產(chǎn)生50HZ的 SPWM,經(jīng)過(guò)隔離放大來(lái)驅(qū)動(dòng)六路 IGBT，輸出經(jīng)過(guò)低通產(chǎn)生 50HZ的正弦波，從而與電網(wǎng)頻率匹 配。 ) RESET上升沿到來(lái)之后， CS信號(hào)為高，選定 EEPROM， SA866AE驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘信號(hào) (SCL)控制其與 EEPROM的輸入／輸出時(shí)種字。 表 41 EEPROM頁(yè)地址 22 VDDD1RPHT2RPHB3YPHT4N / C5N / C6Y P H B7S D A8S C L9CS10S E R I A L11R D E C12O S C / C L K13RACC14IMON15VMON16VSSA17VDDA18PAGE119SETPOINT20V R E F I N21P A G E 022V S S A D C23R E S E T24D I R25T R I P26B P H B27B P H T28S E T T R I P29XTAL230XTAL131VSSD32CS1SK2DI3DO4V C C8DC7O R G6G N D5Y P H BO U Ts a 8 6 69 3 c 0 6+5 圖 42 串行 EEPROM的接口方式 PAGEO和 PAGEl內(nèi)部都有上拉電阻，如果兩個(gè)都懸空，則選定第 3頁(yè)存儲(chǔ)，前兩位 XX代表 93C06的兩個(gè)操作碼的 LSB，或是 6位 93C46的兩個(gè) MSB(0O)，他們始終是 0。 SA866 的控制方式 所有可編程參數(shù)都存儲(chǔ)在 EEPROM中，并在 RESET信號(hào)后自動(dòng)裝入 SA866中。 SETTRIP為緊急停機(jī)信號(hào)，可快速禁止 PWM脈沖輸出，TRIP端表示輸出禁止?fàn)顟B(tài)，低電平有效，該信號(hào)只有在復(fù)位信號(hào)下才能被解除。 (4)保護(hù) VMON、 IMON VMON為過(guò)電壓信號(hào)輸入端，減速過(guò)程中此端電平若大于 2． 5V，就起動(dòng)過(guò)電壓保護(hù)動(dòng)作，將輸出頻率固定在當(dāng)前值。 RPHT、 RPHB、 YPHT、 YPHB、 BPHT、 BPHT為三相PWM脈沖輸出端，可直接驅(qū)動(dòng)光耦。 (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(yè)參數(shù)。 管腳說(shuō)明 采用 PLCC封裝，共有三十二個(gè)管腳，管腳圖如圖 41所示。它采用雙緣調(diào)制技術(shù)，脈沖產(chǎn)生精確，它的工作頻率范圍很寬，時(shí)鐘頻率為 25MHz時(shí)，載波頻率可達(dá) 24kHz，輸出頻率可達(dá) 4kHz。 等均存儲(chǔ)在外接的串行 EEPROM中，上電時(shí)自動(dòng)讀入 SA866中。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)。它除了能產(chǎn)生合乎要求的SPWM脈沖外，還集成了完備的過(guò)流、過(guò)壓保護(hù)功能，并可在緊急情況如短路、過(guò)熱時(shí)快速關(guān)斷 PWM脈沖，保護(hù)逆變器和電機(jī)。在本系統(tǒng)中，我們選用了英國(guó) MITEL公司的 SA866芯片作為波形發(fā)生器，實(shí)踐證明這塊芯片性能良好，工作一直比較穩(wěn)定。通常采用三相調(diào)制參考正弦波電壓與三角載波相比較產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)去控制六個(gè)全控開(kāi)關(guān)器件，從而控制逆變器輸出的三相交流電壓的瞬時(shí)值。 對(duì)于三相逆變 器也可以采用 SPWM控制方式。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。從而得到輸出的線電壓為： VAB=VAOVBO； VBC=VBOVCO； VCA=VCOVAO； 其基波分量彼此之間相差 120186。 若每個(gè)開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)持續(xù) 180。同理， B和 C點(diǎn)也是根據(jù)上下管導(dǎo)通情況 19 決定其電位的。通常使用更多的是如圖 36所示的三相橋式逆變電路。 三相逆變器的工作原理 三相交流負(fù)載需要三相逆變器，三相 逆變器有兩種電路結(jié)構(gòu)，其一為由三個(gè)單相逆變器組成一個(gè)三相逆變器，每個(gè)單相逆變器可以是半橋式、也可以是全橋式電路。R值通常取 5～ 30Q， R值 過(guò)大 吸收效果會(huì)變差，過(guò)小會(huì)產(chǎn)生較大的放電電流對(duì)IGBT開(kāi)通不利。我們?cè)?實(shí)際 操作中選用的是 RC吸收器，這種吸收器比較簡(jiǎn)單，但 缺點(diǎn)是電阻的損耗較大 的開(kāi)關(guān)損耗。當(dāng)回路的雜散電感 L較大時(shí)，為了抑制過(guò)電壓只有增加吸收電 容器的電容量這個(gè)辦法。 IGBT關(guān)斷時(shí)由于回路中原來(lái)流通電流的電感儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能量需轉(zhuǎn) 換為 電能 量，使得回路的電壓升高，產(chǎn)生過(guò)壓。為此，柵極串聯(lián)電 阻的 電阻值應(yīng)隨著 IGBT電流容量的增加而減小。 IGBT的輸入電 容 ceC 隨 著其額定電流容量的增加而增大。但柵極串聯(lián)電阻過(guò)小會(huì)由于集電極 電流 下降的 di/dt過(guò)大，產(chǎn)生較大的集電極電壓尖峰，因此對(duì)于 IGBT關(guān)斷過(guò)程中 的柵 極串聯(lián)電阻的組織也需折中考慮。 柵極串聯(lián)電阻和驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)阻抗對(duì) IGBT關(guān)斷過(guò)程的影響對(duì)于開(kāi)通來(lái)說(shuō) 要小 一些。 由以上分析可見(jiàn)，柵極串聯(lián)電阻對(duì) IGBT的開(kāi)通過(guò)程影響較大。 其代 價(jià)是要付出較大的開(kāi)通損耗。但在開(kāi)通過(guò)程中如存在續(xù)流 二極管的反向恢復(fù)電流和吸收電容器的放電電流，則開(kāi)通越快 IGBT承受的峰 值電 流也就越大，甚至急劇地上升導(dǎo)致 IGBT或續(xù)流二極管損壞。開(kāi)關(guān)損耗所占比例較小，驅(qū)動(dòng)電壓 上 升、下降速率可減慢些。 在高頻應(yīng)用時(shí)，驅(qū)動(dòng)電壓的上升、下降速率應(yīng)快一些，以提高 IGBI的開(kāi)通過(guò)程 中 度并降低開(kāi)關(guān)損耗。 柵極驅(qū)動(dòng)電路的阻抗，包括柵極驅(qū)動(dòng)電路的內(nèi)阻抗和柵極串聯(lián)電阻兩個(gè)部 分。 IGBT的關(guān)斷特性主要取決于內(nèi)部少數(shù)載流子的復(fù)合速率，少數(shù)載流子的復(fù)合 受 MOSFET部分的關(guān)斷影響，使得柵極驅(qū)動(dòng)對(duì) IGBT的關(guān)斷也有一定的影響。 柵極驅(qū)動(dòng)電壓的上升、下降速率對(duì) IGBT的開(kāi)通及關(guān)斷過(guò)程有較大的影 響。 圖 35 IGBT等效電路 IGBT作為一種大功率的復(fù)合器件 ， 存在著過(guò)流時(shí)可能發(fā)生鎖定現(xiàn)象而造成損 壞的問(wèn)題，在過(guò)流時(shí)如果采用一般的速度封鎖柵極電壓會(huì)困過(guò)高的電流變換 率引 起過(guò)電壓，從而需要關(guān)斷等特殊要求，因而掌握好 IGBT的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)特性是 使用 好它的關(guān)鍵。它融和了這兩種器件 容量大的優(yōu) 點(diǎn)，既具有 MOSFET器件驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單和快速的優(yōu)點(diǎn)，又具有雙極型器件容量大的優(yōu) 點(diǎn)， 因而，在現(xiàn)代電力電子技術(shù)中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。 在逆變器中，我們選擇的開(kāi)關(guān)器件為 IGBT。該升壓斬波電路之所能夠使輸出電壓高于電源電壓，關(guān)鍵有兩個(gè)原因：一是 L儲(chǔ)能之后具有使電壓泵升的 作 用，二是電容 C可以將輸出電壓保持住。當(dāng)開(kāi)關(guān)管 VT處于通態(tài)的時(shí)候，電源向電感 L充電，同時(shí)電容 C上的電壓向負(fù)載供電。其輸入側(cè)有儲(chǔ)能電感可以減小輸入電流紋波，防止對(duì)后級(jí)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(duì)負(fù)載呈現(xiàn)電壓源特性。 Boost電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)成本低，是目前應(yīng)用最廣泛的功率因數(shù)校正電路。 (3)二極管所承受的最大反向電壓為輸入 線電壓峰值，即 iiRM UUU ??? (33) 在不考慮二 極管導(dǎo)通的條件下，所承受的最大正向電壓也為輸入線電壓峰值，即 rmfm UU ? (34) 15 風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的電壓較低，經(jīng)過(guò)整流環(huán)節(jié)后，輸出的直流電壓值不能滿足后級(jí)逆變電路并網(wǎng)的要求，因此我們?cè)谶@里采用 Boost升壓斬波電路進(jìn)行直流電壓調(diào)節(jié)，對(duì)直流電壓進(jìn)行升壓，以滿足逆變 并網(wǎng)的工作要求，更好的利用低風(fēng)速時(shí)候的風(fēng)能。 (2)整流輸出電壓 dU 一周期脈動(dòng) 6次。輸 出電流平均值為： RUI dd ? (32) 其中 R為負(fù)載電阻值。輸出整流電壓蜥波形為線電壓在正半周期的包絡(luò)線。 14 圖 33 三相橋式不可控整流電路圖 在不考慮交流側(cè)和負(fù)載側(cè)的電感影響，認(rèn)為換相是瞬時(shí)完成的理想情況下，分析該整流電路。調(diào)節(jié)后的直流輸出電能，電壓幅值在 400V左右。允許風(fēng)力發(fā)電機(jī) 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。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。 并網(wǎng)逆變器控制技術(shù)分析 在風(fēng)力并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，并網(wǎng)逆變器是其能否成功并網(wǎng)的關(guān)鍵所在，并網(wǎng)逆變裝置的主電路結(jié)構(gòu)及其控制技術(shù)的選擇決定了并網(wǎng)逆變器的性能。風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)較慢，由于風(fēng)機(jī)與發(fā)電機(jī)是直接耦合的，中間沒(méi)有采用增速齒輪箱，因此發(fā)電機(jī)輸出的電壓比較低，在中間加入直流升壓環(huán)節(jié)后，整流后得到的低的直流電壓通過(guò)直流升壓就可以在系統(tǒng)的直流側(cè)獲得較高的直流電壓，滿足逆變電路的正常工作，使得系統(tǒng)可以在風(fēng)速較低時(shí)也能將電能送入電網(wǎng)。采用這樣的主電路結(jié)構(gòu)就能很好的解決低風(fēng)速時(shí)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)問(wèn)題。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。 PFC校正部分由三相不可控整流和 DC／ DC直流升壓斬波環(huán)節(jié)兩部分組成．它與前面所述的方案的最大不同之處就是加入了直流斬波環(huán)節(jié)。當(dāng)風(fēng)機(jī)達(dá)到切入風(fēng)速的時(shí)候，風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流電能經(jīng)過(guò)整流、調(diào)壓、逆變后饋入電網(wǎng)。本課題研究對(duì)象是智能化、高性能具有并網(wǎng)功能的風(fēng)力發(fā)電逆變裝置，要求該并網(wǎng)逆變器具有各種保護(hù)和運(yùn)行控制功能，可以實(shí)現(xiàn)由風(fēng)能產(chǎn)生的電能的高效率的并網(wǎng)。同時(shí)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(dāng)風(fēng)速較低的時(shí)候。調(diào)節(jié)后的直流輸出電能逆變?yōu)?符合并網(wǎng)要求的交流電能后通過(guò)濾波器濾波再并入到公用電網(wǎng)。 系統(tǒng)中采用直驅(qū)式永磁同步發(fā)電機(jī)將風(fēng)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。當(dāng)風(fēng)速太大的時(shí)候，使得風(fēng)機(jī)超載運(yùn)行時(shí)，卸荷部分接入，保證恒功率運(yùn)行．并網(wǎng)逆變器主電路采用 DC／ AC逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 三相交流電機(jī) 三相整流 三相逆變 電壓匹配 電網(wǎng) sa 866 主控芯片光耦隔離IR 21 1 3驅(qū) 動(dòng)低通三相整流過(guò)壓檢測(cè)瑣相控制電網(wǎng)頻率同步信號(hào)過(guò)流檢測(cè)AD轉(zhuǎn)換過(guò)壓顯示輔助電源卸荷器EE PR O MSPWM+5V+15V15V+12VB O O S T 升壓 圖 21 風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)框圖 如圖 21所示，風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)由直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)、卸荷器、 BOOST升壓電路 、 并網(wǎng)逆變器等設(shè)備組成。 10 風(fēng)能并網(wǎng)逆變器 風(fēng)能并網(wǎng) 采用目前應(yīng)用較多的直驅(qū)式永磁交流同步發(fā)電機(jī)，設(shè)計(jì)并網(wǎng)逆變器作為發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間的電能轉(zhuǎn)換接口。 整個(gè)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要由雙饋發(fā)電機(jī)、雙脈沖整流器組成。中國(guó)引進(jìn)和自行開(kāi)發(fā)研制的 250、 300、 600KW的并網(wǎng)型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，都是采用這種并網(wǎng)技術(shù)。最后達(dá)到全部導(dǎo)通，使發(fā)電機(jī)平穩(wěn)并入電網(wǎng)，因而不產(chǎn)生諧波干擾。移相觸發(fā)會(huì)造成電機(jī)每相電流為正負(fù)半波對(duì)稱的非正弦波 (缺角正弦波 )含有較多的奇次諧波分量，這些諧波會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成污染公害，必須加以限制和消除。 晶閘管軟并網(wǎng)技術(shù)對(duì)晶閘管器件及與之相關(guān)的晶閘管觸發(fā)電路提出了嚴(yán)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(jī)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(kāi)通壓降相同，才能保證可控硅導(dǎo)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(jī)三相電流平衡。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?yàn)殡p向晶閘管中通過(guò)的電流需滿足大連