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光伏電源系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)培訓(xùn)教材(參考版)

2025-08-02 05:24本頁(yè)面
  

【正文】 u 正負(fù)三角波的富氏級(jí)數(shù)展開(kāi)式:式中:ω=2πfc fc為載波頻率(20100kHz)u 正弦波的數(shù)學(xué)表達(dá)式: Us=1*sinωt ω=2πfs fs為輸出頻率(50Hz)② SPWM脈寬調(diào)制波形的產(chǎn)生: 如果需要輸出正弦電壓波形,可用一個(gè)正弦波(調(diào)制信號(hào)fs)切割一個(gè)等腰三角波(載波信號(hào)fc),當(dāng)正弦波幅度Us大于三角波幅度Uc時(shí),SPWM輸出為高電平“1”,當(dāng)正弦波幅度Us小于三角波幅度Uc時(shí),SPWM輸出為高。雖然也可以用查表法產(chǎn)生SPWM波形,但將占用大量的內(nèi)存空間。u 自然采樣法: 直接用正弦波曲線和等腰三角波曲線相交點(diǎn)作為管子的開(kāi)關(guān)點(diǎn)。因此在實(shí)現(xiàn)高頻PWM技術(shù)時(shí),有的文獻(xiàn)介紹用雙單片機(jī),一片單片機(jī)專(zhuān)用于產(chǎn)生PWM信號(hào)(這對(duì)于單片機(jī)的資源顯然是一種浪費(fèi)),另一片單片機(jī)溫差實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制任務(wù)。即使是采用純查表法,在這樣短的時(shí)間內(nèi),微機(jī)要完成響應(yīng)定時(shí)器中斷、給定時(shí)器送新的時(shí)間常數(shù)、送出PWM脈沖,也仍然是手忙腳亂。采用目前廣泛應(yīng)用的51或98系列單片機(jī),執(zhí)行一條指令的最短時(shí)間為1us或2us。在高載波頻率下產(chǎn)生PWM信號(hào),計(jì)算機(jī)就顯得力不從心。現(xiàn)在很多系統(tǒng)均采用規(guī)則采樣法,通過(guò)查表或查表與運(yùn)算相結(jié)合,實(shí)時(shí)產(chǎn)生需要的PWM脈沖。與“自然采樣法”相比,規(guī)則采樣法用電平按正弦規(guī)律變化的階梯波代替了正弦波作為參考信號(hào)。此外用微機(jī)軟件可以方便地實(shí)現(xiàn)具有多種優(yōu)良性能,而用模擬電路很難實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜的SPWM控制策略。缺點(diǎn)是脈沖穩(wěn)定性差,抗干擾能力差。信號(hào)的開(kāi)關(guān)時(shí)刻由兩波形的交點(diǎn)確定。u SG3525A 推薦工作條件: 電源電壓(16腳): 8――35 v 集電極電壓(13腳): ――35 v 吸收/流出負(fù)載電流: 0――100 ma 參考負(fù)載電流: 0――20 ma 振蕩器頻率范圍: 100HZ――400KHZ 振蕩器定時(shí)電阻: 2――150 KΩ 振蕩器定時(shí)電容: ―― UF 死區(qū)時(shí)間電阻范圍: 0――500 Ω② TL494集成脈寬調(diào)制器⑵ 正弦波逆變器的波形產(chǎn)生:正弦波輸出的逆變器,其控制電路可采用微處理器控制,如INTEL公司生產(chǎn)的80C196MC、Microchip公司生產(chǎn)的PIC16C73等,這些單片機(jī)均具有多路PWM發(fā)生① PWM正弦波脈寬調(diào)制技術(shù):SPWM的控制策略:迄今為止,已有多種不同的SPWM控制策略被提出,如自然采樣法、規(guī)則采樣法、△調(diào)制法、滯環(huán)電流控制法和指定次諧波消除法等。在狀態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程中,由于晶體管存在開(kāi)閉滯后,使流出和吸收間出現(xiàn)重疊導(dǎo)通,在重疊處產(chǎn)生一個(gè)電流尖脈沖,其持續(xù)時(shí)間一般不會(huì)超過(guò)100ns。當(dāng)10腳電位 V10 =0時(shí),芯片正常工作;當(dāng)V10 ,芯片將進(jìn)行限流操作;當(dāng)V10 ,將關(guān)斷輸出。① SG3525A 雙端輸出式SPWM 脈寬調(diào)制器專(zhuān)用芯片:u 振蕩器及可調(diào)的死區(qū)時(shí)間: 振蕩器的時(shí)標(biāo)電容Ct單獨(dú)設(shè)有放電電路,電容Ct通過(guò)外接電阻Rd至引腳7,改變Rd就可以改變Ct的放電時(shí)間,也改變了死區(qū)時(shí)間Td 。5.逆變器的波形產(chǎn)生電路:⑴ 方波輸出的逆變器波形產(chǎn)生電路:方波輸出的逆變器目前多采用如SG3525A、TL494等專(zhuān)用脈寬調(diào)制集成電路來(lái)產(chǎn)生占空比可變的PWM脈寬調(diào)制波形,并采用功率場(chǎng)效應(yīng)管作為開(kāi)關(guān)功率元件。采用該電路結(jié)構(gòu),使逆變電路功率密度大大提高,逆變器的空載損耗也相應(yīng)降低,效率得到提高。 推挽式逆變器電路原理框圖 全橋式逆變器電路原理框圖 高頻升壓式逆變器電路原理框圖,由于推挽電路和全橋電路的輸出都必須加升壓變壓器,而工頻升壓變壓器體積大,效率低,價(jià)格也較貴,隨著電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展,采用高頻升壓變換技術(shù)實(shí)現(xiàn)逆變,可實(shí)現(xiàn)高功率密度逆變。該電路的缺點(diǎn)是上、下橋臂的功率晶體管不共地,因此必須采用專(zhuān)門(mén)驅(qū)動(dòng)電路或采用隔離電源。調(diào)節(jié)T3和T4的輸出脈沖寬度,輸出交流電壓的有效值即隨之改變。其缺點(diǎn)是變壓器利用率低,帶動(dòng)感性負(fù)載的能力較差。,將升壓變壓器的中心抽頭接于正電源,兩只功率管交替工作,輸出得到交流電輸出。隨著大規(guī)模集成微電子技術(shù)的發(fā)展,專(zhuān)用SPWM波形產(chǎn)生芯片(如HEF475SA838等)和智能CPU芯片(如INTEL 805PIC16C7INTEL80C196 MC等)逐漸取代小規(guī)模分立元件電路,組成數(shù)字式SPWM波形逆變器,使正弦波逆變器的技術(shù)性能和工作可靠性得到很大提高,已成為當(dāng)前中、大型正弦波逆變器的優(yōu)選方案。早期的正弦波逆變器多采用分立電子元件或小規(guī)模集成電路組成模擬式波形產(chǎn)生電路,直接用模擬50HZ正弦波切割幾KHZ――幾十KHZ的三角波產(chǎn)生一個(gè)SPWM正弦脈寬調(diào)制的高頻脈沖波形,經(jīng)功率轉(zhuǎn)換電路、升壓變壓器和LC正弦化濾波器得到220V/50HZ單相正弦交流電壓輸出。此外,保護(hù)功能齊全,對(duì)電感性和電容型性負(fù)載適應(yīng)性強(qiáng)。此外,這類(lèi)逆變器中有的調(diào)壓范圍不夠?qū)?,有的保護(hù)功能不夠完善,噪聲也比較大。方波逆變器的優(yōu)點(diǎn)是:價(jià)格便宜,維修簡(jiǎn)單。此類(lèi)逆變器所使用的逆變線路也不完全相同,但共同的特點(diǎn)是線路比較簡(jiǎn)單,使用的功率開(kāi)關(guān)管數(shù)量少。為了便于光伏電站選用逆變器,這里對(duì)方波逆變器、正弦波逆變器和幾種功率轉(zhuǎn)換電路作進(jìn)一步簡(jiǎn)要說(shuō)明。逆變器正常運(yùn)行時(shí),其噪聲應(yīng)不超過(guò)65dB。小型逆變器為了自身安全,有時(shí)采用軟起動(dòng)或限流起動(dòng)。逆變器應(yīng)保證在額定負(fù)載下可靠起動(dòng)。② 過(guò)電流保護(hù):逆變器的過(guò)電流保護(hù),應(yīng)能保證在負(fù)載發(fā)生短路或電流超過(guò)允許值時(shí)及時(shí)動(dòng)作,使其免受浪涌電流的損傷。這是目前提高光伏發(fā)電系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵所在。逆變器對(duì)外部電路的過(guò)電流及短路現(xiàn)象最為敏感,是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)。逆變器效率的高低對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)提高有效發(fā)電量和降低發(fā)電成本有著重要影響。容量較大的逆變器還應(yīng)給出滿負(fù)荷效率值和低負(fù)荷效率值。在整機(jī)效率方面對(duì)光伏發(fā)電專(zhuān)用逆變器的要求是:千瓦級(jí)以下逆變器額定負(fù)荷效率≥80%-85%,低負(fù)荷效率≥65%-75%;10千瓦級(jí)逆變器額定負(fù)荷效率≥85%-90%,低負(fù)荷效率≥70%-80%。光伏發(fā)電系統(tǒng)專(zhuān)用逆變器,在設(shè)計(jì)中應(yīng)特別注意減少自身功率損耗,提高整機(jī)效率。⑻ 額定逆變輸出效率:整機(jī)逆變效率高是光伏發(fā)電用逆變器區(qū)別于通用型逆變器的一個(gè)顯著特點(diǎn)。有些逆變器產(chǎn)品給出的是額定輸出容量,其單位以VA或kVA表示。在正弦波條件下,-(滯后)。1%以內(nèi)。⑸ 額定輸出頻率:逆變器輸出交流電壓的頻率應(yīng)是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的值,通常為工頻50Hz。⑷ 輸出電壓的波形失真度:當(dāng)逆變器輸出電壓為正弦波時(shí),應(yīng)規(guī)定允許的最大波形失真度(或諧波含量)。3%,負(fù)載調(diào)整率應(yīng)≤177。高性能的逆變器應(yīng)同時(shí)給出當(dāng)負(fù)載由0%→100%變化時(shí),該逆變器輸出電壓的偏差百分?jǐn)?shù),通常稱為負(fù)載調(diào)整率。輸出電壓穩(wěn)定度表征逆變器輸出電壓的穩(wěn)壓能力。蓄電池端電壓的起伏可達(dá)標(biāo)稱電壓的30%左右。⑶ 輸出電壓穩(wěn)定度:在獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中均以蓄電池為儲(chǔ)能設(shè)備。額定輸出容量值高的逆變器可帶更多的用電負(fù)載。⑵ 逆變器應(yīng)具有足夠的額定輸出容量和過(guò)載能力:逆變器的選用,首先要考慮具有足夠的額定容量,以滿足最大負(fù)荷下設(shè)備對(duì)電功率的需求。8%或177。50%214。5%。對(duì)輸出額定電壓值的穩(wěn)定精度有如下規(guī)定:① 在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí),電壓波動(dòng)范圍應(yīng)有一個(gè)限定,例如,其偏差不超過(guò)額定值的177。另外,當(dāng)中、大容量的光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí),為避免對(duì)公共電網(wǎng)的電力污染,也要求逆變器輸出失真度滿足要求的正弦波形。(4)在中、大容量的光伏發(fā)電系統(tǒng)中,逆變器的輸出應(yīng)為失真度較小的正弦波。(3)要求直流輸入電壓有較寬的適應(yīng)范圍。(2)要求具有較高的可靠性。光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)逆變器的技術(shù)要求如下:(1)要求具有較高的逆變效率。隨著我國(guó)光伏發(fā)電市場(chǎng)的日趨成熟,今后交流光伏發(fā)電系統(tǒng)必將成為光伏發(fā)電的主流。此類(lèi)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本低廉,但由于負(fù)載直流電壓的不同(如12V、24V、48V等),很難實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化和兼容性,特別是民用電力,由于大多為交流負(fù)載,以直流電力供電的光伏電源很難作為商品進(jìn)入市場(chǎng)。綜上所述,逆變器已成為光伏發(fā)電系統(tǒng)中不可缺少的重要配套設(shè)備。因此,除特殊用戶外,在光伏發(fā)電系統(tǒng)中都需要配備逆變器。例如,日光燈、電視機(jī)、電冰箱、電風(fēng)扇等均不能直接用直流電源供電,絕大多數(shù)動(dòng)力機(jī)械也是如此。這種對(duì)應(yīng)于整流的逆向過(guò)程,被稱之為 “逆變”。 眾所周知,整流器的功能是將50HZ的交流電整流成為直流電。四.直流-交流逆變器:1.逆變器的功能: 逆變器是電力電子技術(shù)的一個(gè)重要應(yīng)用方面。③ 如果按鍵后LCD仍不顯示,則應(yīng)檢查右側(cè)板內(nèi)穩(wěn)壓電源板上的保險(xiǎn)絲是否燒斷,若是則更換即可。② 本機(jī)為減小功耗,設(shè)計(jì)有定時(shí)自動(dòng)滅屏程序,當(dāng)超過(guò)10分鐘無(wú)按鍵操作時(shí),LCD液晶顯示器將自動(dòng)關(guān)閉。⑺ 智能控制器的維護(hù)與保養(yǎng):① 智能控制器的自檢驗(yàn)功能:按下“系統(tǒng)自檢”鍵后,再按“確認(rèn)”鍵,則LCD 顯示出“充電狀態(tài)號(hào)”、 “六個(gè)太陽(yáng)電池方陣通斷”、“蓄電池端電壓” 等。188。⑤“歷史數(shù)據(jù)”瀏覽: 按下“歷史數(shù)據(jù)瀏覽鍵” LCD屏顯示上月第一天“當(dāng)天最大電壓”、“當(dāng)天最小電壓”、“當(dāng)天充電電量”、“當(dāng)天放電電量”四個(gè)數(shù)。④“通訊設(shè)置參數(shù)“的修改: 按下“通訊設(shè)置鍵“,將顯示現(xiàn)場(chǎng)光伏電站的”站號(hào)的原來(lái)值,同上。按下”加“ 或 ”減“鍵,可分別改變某設(shè)置參數(shù),直到顯示”存改變數(shù)據(jù)嗎?“提示時(shí),按 ”加“ 鍵表示存,按其它鍵表示不存。 ①“當(dāng)前數(shù)據(jù)”的顯示:按下面板上自定義鍵盤(pán)的對(duì)應(yīng)按鍵,LCD將對(duì)應(yīng)顯示“太陽(yáng)電池方陣電壓、電流”、“蓄電池電壓”、“負(fù)載電壓”、“充電電流”、放電電流“等數(shù)據(jù)。⑤ RS232異步串行通訊接口: 對(duì)于偏遠(yuǎn)地區(qū)(高山、海島、邊疆等)的光伏電站,由于交通不便,技術(shù)和經(jīng)濟(jì)力量薄弱,為保證光伏系統(tǒng)長(zhǎng)期可靠運(yùn)行,本控制器設(shè)計(jì)有RS232異步串行通訊接口,可將下位機(jī)采集存儲(chǔ)的“當(dāng)前數(shù)據(jù)”、“歷史數(shù)據(jù)”、“控制設(shè)置參數(shù)”串行傳輸至上位機(jī)。④ 4*4自定義矩陣鍵盤(pán): 由于該機(jī)采集當(dāng)前數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)和控制設(shè)置參數(shù)較多,而LCD 顯示只有兩行,每行顯示16個(gè)字符,所以設(shè)計(jì)有4*4矩陣鍵盤(pán),分別定義16個(gè)按鍵,通過(guò)選擇不同的按鍵,可使LCD 顯示器分屏顯示蓄電池電壓、負(fù)載電壓、6路太陽(yáng)電池方陣電壓、充電電流、放電電流等參數(shù),前32天的歷史數(shù)據(jù)瀏覽和控制設(shè)置參數(shù)的改變,也可選擇對(duì)應(yīng)按鍵進(jìn)行操作。③ LCD液晶顯示器: 采用16位*2行帶背光字符型液晶顯示器模塊,具有字符顯示清晰、 屏幕顯示格式可靈活編程、背光亮度、對(duì)比度可控、耗電小等優(yōu)點(diǎn)。③ CPU 、EEPROM、RAM、I/O單片微處理器: 本機(jī)采用ATMEL公司的單片機(jī),具有集成度高、內(nèi)存容量大、寬工作電壓范圍、運(yùn)行速度快、低功耗等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。因該控制器輸出輸入的開(kāi)關(guān)量較多,占用大量的I/O口線,所以采用串行A/D只占用少量I/O口線,以便省出口線供其它開(kāi)關(guān)量使用。② 多路模擬開(kāi)關(guān)和串行A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器: 以上不同類(lèi)型的模擬信號(hào),不論是正負(fù)極性的直流電壓,高至100A 的直流電流, 還是微弱信號(hào)的溫度傳感器, 經(jīng)信號(hào)調(diào)理后統(tǒng)一變成5V的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。h 直流電流信號(hào):如蓄電池充電電流,放電電流,太陽(yáng)電池方陣電流等。⑧ 通信功能:主站與每臺(tái)控制器可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳送⑷ 控制器的組成及各部分的作用 ① 信號(hào)調(diào)理電路:h 直流電壓信號(hào):如蓄電池端電壓,太陽(yáng)電池方陣開(kāi)路電壓,負(fù)載電壓等。⑦ “當(dāng)前數(shù)據(jù)”、“歷史數(shù)據(jù)”及“控制設(shè)置參數(shù)”等可由44矩陣按鍵選擇, 并由162字符液晶顯示器顯示工作狀態(tài)及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù):h太陽(yáng)電池: 6路太陽(yáng)電池方陣的充電電流h總充電電流: 0100A h蓄電池電壓: 標(biāo)稱48V (080V) h負(fù)載電壓: 080V h負(fù)載電流: 050A h通信參數(shù)設(shè)置顯示: 波特率 9600 h數(shù)據(jù)格式:8位數(shù)據(jù)位,1位終止位,無(wú)奇偶校驗(yàn)位 h統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù): 過(guò)去32天每天的充電電量: 1200AH 過(guò)去32天每天的放電電量: 1200AH 過(guò)去32天每天的最高蓄電池電壓: 080V 過(guò)去32天每天的最低蓄電池電壓: 080V h充電控制設(shè)置顯示(缺省值): 強(qiáng)充電上限電壓: 60V 遞減電壓下限: 56V 浮充電壓上限: 56V 浮充電壓下限: 54V 進(jìn)入強(qiáng)充電壓: 狀態(tài)轉(zhuǎn)變延時(shí): 1 分鐘 h輸出控制設(shè)置顯示: 蓄電池過(guò)放電電壓: 蓄電池過(guò)放恢復(fù)電壓: 蓄電池過(guò)壓點(diǎn)::64V 過(guò)放、過(guò)壓切斷輸出前的延時(shí)時(shí)間:200 秒注:(1)開(kāi)機(jī)上電時(shí)顯示蓄電池電壓。并存至掉電不丟失數(shù)據(jù)的EEPROM存儲(chǔ)器中。⑤ 控制門(mén)限的確定值可由鍵盤(pán)輸入調(diào)整,進(jìn)入調(diào)整需輸入口令,以免非專(zhuān)職人員誤操作。 當(dāng)電壓系統(tǒng)出現(xiàn)蓄電池過(guò)充電、過(guò)放電及工作回路過(guò)電流等故障時(shí),控制器可立即發(fā)出聲光告警信號(hào),并且切斷主電路中的有關(guān)回路。⑵ 智能控制器主要技術(shù)指標(biāo): 系統(tǒng)工作電壓:48V 最大充電電流:100A 最大放電電流:50A 太陽(yáng)電池輸入路數(shù):4路 蓄電池輸入路數(shù):2路
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