【正文】 在本系統(tǒng)中 RT 和 CT 分別選用了 10kΩ 和 F， 可以計(jì)算得其工作頻率約為 40kHz，符合開(kāi)關(guān)電源的要。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 U C 3 8 4 2V C CG N DV f bC O M PV r e fR t C t IO U T P U T1 6 . 5 V1 0 KI R F 5 4 0 U接 到 高 頻 變 壓 器 的 主 繞 組 上0 . 2 5 K2 0 K1 K1 0 K0 . 0 0 2 2 u f0 . 0 2 u f4 7 0 u f2 0 0 k 圖 54 UC3842的核心電路圖 如圖 54 所示， UC3842 的工作頻率由 4 腳和 8 腳間的 RT 和 CT 決定的。高頻變壓器出來(lái)的脈動(dòng)直流電壓，先通過(guò)二極管整理，再通過(guò) 3 個(gè) 50V/3300μ F的電解電容，和由一個(gè) 33μ H 電感和 2 個(gè) 104 的電容構(gòu)成 ∏ 型濾波器進(jìn)行濾波后輸出。這里可以選用 IRF540，其耐 壓值高達(dá) 100V，額定電流可以達(dá)到 33A。芯片啟動(dòng)后通過(guò)脈寬調(diào)制控制功率管的開(kāi)關(guān)從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出。 根據(jù) UC3842 的特點(diǎn)， 該設(shè)計(jì)的輔助電源是由 UC3842 設(shè)計(jì)的開(kāi) 關(guān)電源 。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 8421 3 56V C CV r e7電 壓 反 饋 輸 入電 流 檢 測(cè) 比 較 器V T 1V T 2電 源驅(qū) 動(dòng)5 V 基 準(zhǔn) 電源V C C欠 壓 限 制振 蕩 器P W M鎖 存 器 圖 53 UC3842的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及基本外圍電路 第 7 腳為輸入電壓，開(kāi)關(guān)電源啟動(dòng)的時(shí)候需要在該引腳加 一個(gè)不低于 16V的電壓，芯片工作后，輸入電壓可以在 10～ 30V之間波動(dòng)，低于 10V時(shí)停止工作。 第 5 腳為地。當(dāng)電源電壓異常時(shí)，功率管的電流增大，當(dāng)采樣電阻上的電壓超過(guò) 1V時(shí)， UC3842就停止輸出，有效地保護(hù)了功率管。 第 2 腳是反饋腳，將采樣電壓加到誤差放大器的反相輸入端，再與同相輸入端的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生誤差電壓，控制脈沖的寬度。 UC3842 是 8 腳的雙列直插的封裝形式。該芯片集成了振蕩器、具有溫度補(bǔ)償?shù)母咴鲆嬲`差放大器、電流檢測(cè)比較器、圖騰柱輸出電路、輸入和基準(zhǔn)欠電壓鎖定電路以及 PWM鎖 存器電路。該調(diào)制器單端輸出，能直接驅(qū)動(dòng)雙極型的功率管或場(chǎng)效應(yīng)管。其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)如圖 52 所示。因此，無(wú)論開(kāi)關(guān)電壓的電壓調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率和瞬態(tài)響應(yīng)特性都有提高。 U gP I P W MU c開(kāi) 關(guān) 電 路U o電 流 反 饋 電 路電 壓 反 饋 電 路 圖 51 PI閉環(huán)調(diào)節(jié)控制狂框圖 電流型 PWM 是在脈寬比較器的輸入端，直接用流過(guò)輸入電感線圈電流的信號(hào)與誤差放大器輸出信號(hào)進(jìn)行比較，從而調(diào)節(jié)占空比，使輸出的電感峰值電流跟隨誤差電壓變化而變化。這種控制方式可改善系統(tǒng)的電壓調(diào)整率，提高系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)速度，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。內(nèi)部采用的是雙閉環(huán)控制，內(nèi)環(huán)是電流控制環(huán)，外環(huán)是電壓控制環(huán)。輸出的 +5V 的直流電給液晶板供電。逆變器滿載工作時(shí)，可得 ： 22 ??? PUR L (413) 所以 ?? R ，初步選定 R=6，將 R 代入式（ 410）與式（ 411）中，可得L=995μ H,C= F，實(shí)驗(yàn)實(shí)際選擇 L=1mH， C=10μ F，則此時(shí) LC 低通濾波器的截止頻率為： kH zLCf c 1 ?? ? (414)安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 5 控制回路的設(shè)計(jì) 輔助電源設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)是基于 UC3842 的單端反激式開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)來(lái)設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的輔助電源 ， 輔助電源作用是給整個(gè)光伏逆變器系統(tǒng)的控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、檢測(cè)報(bào)警電路等提供穩(wěn)定的低壓電源，是系統(tǒng)穩(wěn)定 可靠 工作的重要保障 。 CZ 2Z 1U i nLU o u t 圖 45 LC低通濾波器結(jié)構(gòu)圖 LC 濾波器的傳遞函數(shù)為： 1211)()(220??? swswsUsUlin ? (47) 式 56 中 ω l為 LC 諧振的角頻率 , LCwl /1? ；為阻尼系數(shù)； CLRL21?? (48) 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 S 為拉普拉斯算子。本設(shè)計(jì)中選擇系統(tǒng)開(kāi)關(guān)頻率為 18kHz,逆變器輸出交流電源頻率為50Hz，初步確定截止頻率為 1kHz，濾波器中有兩個(gè)待定的參數(shù)，即濾波電感和濾波電容。 LC 低通濾器的選取主要考慮幾個(gè)方面的因素，噪聲、抑制能力、輸出阻抗、逆變電流應(yīng)力。所以， LCL 濾波器通常用于較低開(kāi)關(guān)頻率的中大功率場(chǎng)合。 LC 濾波器用場(chǎng)合在公共并網(wǎng) /獨(dú)立雙模式逆變器中，當(dāng)逆變器工作在 獨(dú)立模式時(shí)， LC 濾波器能有效衰減輸出電壓的高頻諧波部分，從而可以獲得理想的輸出電壓波形，當(dāng)逆變器工作于并網(wǎng)模式時(shí)，由于電網(wǎng)電壓的鉗制作用，僅濾波電感對(duì)并網(wǎng)電流起濾波作用，濾波電容相當(dāng)于本地負(fù)載。所安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 以需要濾波，常見(jiàn)的濾波裝置有單電感濾波， LC 濾波，還有 LCL 濾波。因其逆變電源與負(fù)載之間存有工頻變壓器，故逆 變器運(yùn)行穩(wěn)定、可靠、過(guò)負(fù)荷能力和抗沖擊能力強(qiáng)，且能夠抑制波形中的高次諧波成分 。 50Hz 的交流電給負(fù)載使用。即逆變輸出的電壓為 220V的交流電。 ?? ?? cT (46) 式 （ 45）和式（ 46） 中， tD為三角載波的中心的時(shí)間值； TC為 SPWM 載波信號(hào)周期； M 為三角載波的調(diào)制度。由圖 71 所示。這樣，三角載波與階梯波水平線段的交點(diǎn) A、 B 兩點(diǎn)就分別落在正弦調(diào)制波的上下兩邊，從而減少了以階梯波調(diào)制的誤差。 本設(shè)計(jì)采用的是規(guī)則采樣法 生成 SPWM 波。 本設(shè)計(jì)采 用數(shù)字方法控制，即用軟件實(shí)現(xiàn) 。 逆變采用的電路為單相全橋逆變，如圖 43 所示： CUiV T 1V D 2ZU0V D 1V T 3 V D 3V T 2V T 4 V D 4i0 圖 43 單相全橋逆變電路 SPWM 的實(shí)現(xiàn) 產(chǎn)生 SPWM 波的方法有多種，主要分為硬件實(shí)現(xiàn)方法和軟件實(shí)現(xiàn)方法兩大類(lèi)。 逆變電路的設(shè)計(jì) 本 設(shè)計(jì)采用的是電壓型單相 全橋逆變電路。 輸入濾波電路的設(shè)計(jì) 輸入濾波電路是由濾波電容組成是 用來(lái)減小輸入端電壓的脈動(dòng)，假如變換器傳輸最大功率為 Pm，由輸入輸出功率相等可得出一個(gè)周期內(nèi)輸入濾波電容所提供的能量約為 rin fPW ?max? (43) 式 （ 43） 中， η 為變換器的效率， fr為功率 IGBT 開(kāi)關(guān)器件的工作頻率。 PU TUUUL 0022 )( ?? (41) 當(dāng)輸出功率等于 5kW 時(shí)，計(jì)算得 L=20μ H，當(dāng)工作在 電感電流連續(xù)模式下時(shí)，輸出電壓紋波較小，電容充放電電流的變化率也較小，具有很好的電能輸出質(zhì)量，本設(shè)計(jì)中選取 P=100W 時(shí)所對(duì)應(yīng)的臨界電感值 L=1mH。 U s+ QDLCU o 圖 42 Boost電路 根據(jù) Boost 電路中電感電流是否連續(xù)可以分為電感電流連續(xù)、電感電流斷續(xù)和電感電流臨界連續(xù)三種工作模式。如圖所示： K ME M I 濾波 器D C / D C 輔 助電 源U C 3 8 4 2L E M 1L E M 2D C / A CT L P 5 2 0光 耦數(shù) 字 信 號(hào) 處 理T M S 3 2 0 L F 2 4 0 7升 壓 變 壓 器+ 5 V+ 1 5 V 1 5 V+ 1 5 V+ 1 5 V+ 1 5 V+ 1 5 VC2 2 0 V過(guò) 流欠 壓 或過(guò) 壓超 溫頻 率 采 樣I P M 逆 變C 1C 2C 3 圖 41 離網(wǎng)型光伏逆變器的結(jié)構(gòu)方框圖 主回路是通過(guò)輸入濾波電路對(duì)輸入的 220V 直流電進(jìn)行濾波處理，采用全橋逆變進(jìn)行逆變處理，輸出 SPWM 波，經(jīng)過(guò) 工頻變壓器升壓，輸出 260V 的交流電再 經(jīng)過(guò)輸出濾波器的濾波，輸出 50Hz220V的 交流電。 離網(wǎng)型光伏逆變器的主要作用是將光伏電池輸出的直流電變換成適合交流負(fù)載使用的交流電。由于太陽(yáng)能的直接輸出一般都是 DC12V、 DC24V、 DC48V。離網(wǎng)型光伏電系統(tǒng)主要是由光 伏電池陣列、控制器、逆變器、儲(chǔ)能裝置等環(huán)節(jié)組成的，其中逆變器是光伏系統(tǒng)中的重要器件之一，它的可靠性和轉(zhuǎn)換效率對(duì)推行光伏系統(tǒng)、降低系統(tǒng)造價(jià)至關(guān)重要。 電導(dǎo)增量法是借著修改邏輯判斷式來(lái)減少在最大功率點(diǎn)附近的振蕩現(xiàn)象，使其更能適應(yīng)變化的日照強(qiáng)度和溫度。就理論上而言，此法的理論推導(dǎo)是完美的，但是當(dāng)傳感器無(wú)法達(dá)到非常精密的測(cè)量時(shí)，其誤差是不可避免的，因此，式（ 314）發(fā)生的機(jī)率是微小的，這意味著此法在實(shí)際應(yīng)用時(shí) 仍然有很大的誤差存在。因此，通過(guò)測(cè)量增量值（ dI/dU）與瞬間太陽(yáng)能光伏電池的電導(dǎo)值（ UI/ ），可以決定下一次的擾動(dòng)，當(dāng)增量值與電導(dǎo)值符合式（ 314）要求時(shí)，表示已達(dá)到最大功率 點(diǎn)，即不進(jìn)行下一次擾動(dòng)，此即為電導(dǎo)增量法的基本工作原理。 否是開(kāi) 始設(shè) 定 U p v 輸 出檢 測(cè) 光 伏 陣 列 輸 出 電壓 、 電 流計(jì) 算 功 率 PP P _ o l d保 持 擾 動(dòng) 方 向 改 變 擾 動(dòng) 方 向P = P _ o l d 圖 37 擾動(dòng)觀測(cè)法控制流程圖 c)電導(dǎo)增量法 電導(dǎo)增量法（導(dǎo)納微分）的基本理念是與功率反饋法時(shí)相同的，其出發(fā)點(diǎn)為 dU/dI=0這個(gè)邏輯判斷式，其中的功率 （ P） 可由電壓（ U）與電流（ I） 表示。尤其是在大氣環(huán)境變化緩慢時(shí)，能量損耗的情況更為嚴(yán)重，此為擾動(dòng)與觀察法的最大缺失。如此反復(fù)地?cái)_動(dòng)、觀察及比較，使太陽(yáng)能光伏電池達(dá)到其最大功率點(diǎn)，這就是擾動(dòng)及觀察法的基本動(dòng)作原理。通過(guò)周期性的增加或減少負(fù)安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 載的大小，以改變太陽(yáng)能光伏電池的端電壓及輸出功率，并觀察、比較負(fù)載變動(dòng)前后的輸出電壓及功率的大小，以決定下一步的增、減負(fù)載動(dòng)作。但是，隨著太陽(yáng)能光伏電池日漸普及到日常生活用品上時(shí)，由于有地球公轉(zhuǎn)、自轉(zhuǎn)，造成大氣的變化，使得 最大功率點(diǎn)瞬息萬(wàn)變，此方法便不能符合我們的需求，因此電壓反饋法已經(jīng)很少被用在最大功率點(diǎn)跟蹤上。不過(guò)，這種方法的最大缺點(diǎn)就是當(dāng)大氣條件大幅度改變時(shí)，系統(tǒng)不能自動(dòng)地跟蹤到太陽(yáng)能光伏電池的新的最大功率點(diǎn)，因此造成能量的損耗。其輸出特性可以視為由恒電流區(qū)域與恒電 壓區(qū)域組成，這兩 區(qū)域的交接點(diǎn)即為最大功率點(diǎn)。U ( k )Δ ( I ) = Δ ( U )Δ ( U ) Δ ( I )U r e f = U r e f U r e f = U r e f + CU r e f = U r e f C輸 出 U r e f 控 制 有 功輸 出是是否否 圖 36 最大功率點(diǎn)控制算法框圖 幾種常見(jiàn)的最大功率點(diǎn)算法 下面介紹幾種常用的最大功率點(diǎn)的算法 。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 開(kāi) 始檢 測(cè) 端 電 壓 及線 路 電 流d U = U ( k ) U ( k 1 )Δ ( U ) = d U 根據(jù)以上工作在最大功率點(diǎn)；當(dāng)電壓功率差分值相等時(shí)，可以認(rèn)為外部狀態(tài)沒(méi)有改變，洗頭膏仍然工作在最大功率點(diǎn)；當(dāng)電壓功率差分值大于電流功率差分值時(shí)，說(shuō)明當(dāng)前的光照強(qiáng)度有所減弱或由于溫度升高導(dǎo)致陣列的輸出功率下降，應(yīng)該相應(yīng)地降低系統(tǒng)輸出有功以滿足陣列最大功率輸出的要求。 在圖 36 的算法框圖中， Uref代表系統(tǒng)輸出有功指令， C 代表輸出有功變化的步長(zhǎng)。如果)()( kIkU ??? ，則認(rèn)為陣列輸出 功率已經(jīng)滿足最大功率點(diǎn)的必要條件，可以近似 認(rèn)為系統(tǒng)已經(jīng)工作在最大功率點(diǎn)上，只要保持系統(tǒng)有功功率即可；如果 )()( kIkU ??? ,則說(shuō)明陣列輸出功率增大的方向?yàn)殡妷涸龃蠖娏鳒p小的方向，即系統(tǒng)工作在恒定電流區(qū)域以內(nèi)，必須降低系統(tǒng)有功輸出才能使得系統(tǒng)重新工作在最大功率點(diǎn)上；而如果)()( kIkU ??? ，則說(shuō)明光伏陣列輸出功率增加的方向?yàn)殡娏髟黾佣妷簻p小的方向，即系統(tǒng)工作在恒定電壓區(qū)域以內(nèi)，此時(shí)只有增加系統(tǒng)有功輸出才能使得系統(tǒng)工作在當(dāng)前的最大功率點(diǎn)上。它們具有功率的量綱，可以視作功率差分。 在實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)中，需要對(duì)光 伏陣列的輸出電壓和電流進(jìn)行連續(xù)采樣。當(dāng)功率達(dá)到最大值時(shí)滿足式（ 34） ，同時(shí)還可以推得式（ 35）。在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中采用的“上山法”正是 利用了最大功率點(diǎn) dP/dU為零的特性。（ maximum power point tracking， MPPT） 。 在一定的光照強(qiáng)度和環(huán)境溫度下 ，光伏電池可以工作在