【正文】 出電流的開關(guān)紋波加大，必然增大磁滯損耗，同時也使波形變差，增大輸出電流波形的 THD。相反，濾波參數(shù)選的過小，系統(tǒng)中的高頻分量反而起不到很好的抑制，輸出電壓不能滿足波形失真度的要求。3．4 輸出濾波電路輸出濾波器采用 LC 電路，作用是濾除逆變橋輸出 SPWM 波中的高次諧波分量。DD2和D3都必須選用超快恢復二極管。圖為用IR2110設(shè)計的驅(qū)動電路原理圖。IR2110是一款高電壓、高速的功率MOSFET和IGBT驅(qū)動芯片，邏輯輸入與標準CMOS或LSTTL集成電路兼容。3．3 驅(qū)動電路驅(qū)動電路是指將DSP輸出的PWM進行放大、隔離，從而可以安全驅(qū)動開關(guān)器件的電路。因此有必要設(shè)置結(jié)溫保護。3．2．4 保護電路過熱保護通過功率開關(guān)器件的電流雖沒有超過其額定電流，但若散熱條件變差，其結(jié)溫同樣會急劇上升。一般來說，前者將占用大量存儲空間，而后者則需大量的運算時間。查表法，即離線計算出對應的脈寬數(shù)據(jù)，寫入EPROM，實際控制時，由DSP通過查表和加減運算得到脈寬和間隔時間，以此控制功率器件的開通時間。3．2．3SPWM 波的產(chǎn)生1)SPWM波生成的流程圖 SPWM波生成的流程圖，其原理是基于正弦控制波和三角載波相交以確定開關(guān)通斷時刻。每次捕獲到新的計數(shù)值存入到FIFO堆棧時，捕獲FIFO狀態(tài)寄存器CAPFIFOx相應的位就進行調(diào)整，實時的反映FIFO堆棧的狀態(tài)。實驗波形圖如圖下所示3)TMS320F2812芯片事件管理器模塊和捕獲單元介紹TMS320F2812芯片有兩個事件管理器，EVA和EVB，是數(shù)字電機控制應用的重要外設(shè)，能夠?qū)崿F(xiàn)機電設(shè)備控制的多種必要的功能。圖中的電壓傳感器將電網(wǎng)電壓變成同相位的弱電信號，該信號經(jīng)過比較器，即可得到與電網(wǎng)電壓同相位的TTL方波信號，如圖上所示。此系統(tǒng)的鎖相是由捕獲中斷和定時中斷共同完成的，定時中斷用來輸出SPWM波，捕獲中斷用來完成并網(wǎng)電流的周期計算和相位調(diào)整，具體是利用電網(wǎng)電壓的周期來實現(xiàn)計算T1PR值作為給定并網(wǎng)電流周期，實現(xiàn)與電網(wǎng)電壓的同頻；通過調(diào)整正弦表指針PTR來實現(xiàn)和電網(wǎng)電壓同相。電網(wǎng)電壓信號通過硬件電路整形后產(chǎn)生與其同步的TTL方波信號，將該方波信號送入到TMS320F2812芯片的CAPl引腳，TMS320F2812內(nèi)部軟件為CAPl分配了一個計數(shù)時基，同時設(shè)定該時基為遞增計數(shù)模式，只捕捉TTL信號的上升沿，并記錄下此時定時器的值，這樣相鄰兩次定時器值的差即為所測電網(wǎng)電壓的周期，用該周期作為正弦調(diào)制波的周期，即輸出并網(wǎng)電流的周期。本論文中，并網(wǎng)電流的頻率和相位與電網(wǎng)電壓嚴格同步是通過軟件鎖相實現(xiàn)的，即由輸入信號的硬件整形電路和鎖相軟件配合完成。隨著DSP技術(shù)的發(fā)展，逐漸采用軟件鎖相環(huán)(Soft PLL．SPLL)避免了APLL方式的缺點，得到了廣泛的應用。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展和應用，出現(xiàn)了數(shù)字式鎖相環(huán)(DigitalPLL．DPLL)和將鑒相器、壓控振蕩器、可編程計數(shù)器等集成于一個集成電路(Integrated Circuit—IC)的混合鎖相環(huán)(Hybrid PLLHPLL)。當環(huán)路鎖定時，輸出信號和輸入信號同頻同相。鑒相器的輸入是電網(wǎng)電壓的采樣信號Vac和壓控振蕩器的輸出Vout，鑒相器的輸出為誤差信號Ve，該信號為Vac和Vout相位差的線性函數(shù)。1)鎖相環(huán)的原理與實現(xiàn)鎖相環(huán)是指能夠自動跟蹤輸入信號頻率與相位的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。3．2 控制電路及保護電路的設(shè)計3．2．2 并網(wǎng)同步的實現(xiàn)根據(jù)電流控制型并網(wǎng)逆變器原理，為使光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的有功功率輸出達到最大，必須控制輸出電流的頻率和相位，使它們與電網(wǎng)電壓嚴格同步。分別從以上三個方面考慮，在本系統(tǒng)中，IGBT的C、E兩端承受的電壓為直流400V，考慮到器件開關(guān)過程中電壓峰值的影響，選取一定的電壓裕量，因而選取IGBT的耐壓值為600V；電流方面，單相全橋的額定工作電流為5A，最大為7．1A，因而為了保護系統(tǒng)的工作安全，對開關(guān)管電流選取了較大的裕量，取額定電流為20A；散熱方面，為了保證開關(guān)管的充分散熱，采用添加散熱器的措施。3．1 主電路的設(shè)計并網(wǎng)逆變器的主電路采用單相全橋主電路，通過對逆變器進行適當?shù)目刂?，可使交流?cè)電流接近于正弦波，功率因數(shù)可為單位功率因數(shù)。其中主電路主要完成能量變換，吸收電路軟化開關(guān)器件的開關(guān)曲線；控制電路完成對輸出電流的控制以滿足并網(wǎng)的要求；保護電路主要對各種故障進行保護；驅(qū)動電路是功率主電路和控制電路的接口電路；輸出濾波電路主要濾除高次諧波，提高輸出波形的質(zhì)量。本論文采用脈寬調(diào)制方式，通過控制開關(guān)器件Tl~T4的導通和關(guān)斷時間，實現(xiàn)能量從并網(wǎng)逆變器向電網(wǎng)傳遞，達到輸出功率因數(shù)為l的目的。在其上產(chǎn)生一個電壓jwLIN。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)要求在并網(wǎng)逆變器的輸出側(cè)實現(xiàn)功率因數(shù)為1，波形為正弦波，輸出電流與網(wǎng)壓同頻同相，其控制策略與一般獨立的電壓型逆變器的控制策略有所不同，每個開關(guān)器件上都反并聯(lián)一個二極管，起著續(xù)流的作用。Ln為交流輸出電感，Cdc為直流測支撐電容，即前級Boost電路的輸出電容，T1~T4是主開關(guān)管，DlD4是其反并聯(lián)二極管。2．2．2 后級電路的工作原理1)電路原理圖光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的逆變器采用單相全橋逆變器結(jié)構(gòu)，其拓撲結(jié)構(gòu)圖如圖所示。由于電路在斷續(xù)工作時，電感電流的不連續(xù)意味著光伏陣列輸出的電能在每個周期內(nèi)都有一部分被浪費了，而且紋波也會大些。根據(jù)上述分析，列出工作過程中的關(guān)系表達式如下：式中，Ts 為開關(guān)管的開關(guān)周期；D 為占空比；DTs 為開關(guān)管的導通時間；1DTs 為開關(guān)管的截止時間。當二極管關(guān)斷時，其等效電路如圖所示，由于流過電感的電流不能突變，電感工兩端的電壓極性改變，此時，電源和電感串聯(lián)，向電容和電阻供電。開關(guān)管 Q1 導通時，等效電路如圖所示，流過電感 L 的電流為 t，在電感未飽和前，電流線性增加，電能以磁能的形式儲存在電感 L 中。其中，Upv是光伏陣列的輸出電壓，Udc是Boost電路的輸出電壓。系統(tǒng)主電路的拓撲結(jié)構(gòu)如下：圖 系統(tǒng)主電路的拓撲結(jié)構(gòu)2．2 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的工作原理2．2．1 前級電路的工作原理1)電路原理圖Boost電路由開關(guān)管Q1，二極管D，電感L，電容C組成。后級的 DC／AC 逆變器，采用逆變?nèi)珮?，作用是?DClink 直流電轉(zhuǎn)換為 220V／50Hz 的正弦交流電，實現(xiàn)逆變向電網(wǎng)輸送功率。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主電路的拓撲結(jié)構(gòu)圖如圖所示。因此只需加入通量較小的無感電容甚至不加電容，避免了加電容帶來的弊端。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖所示。2．1．3 系統(tǒng)的總體方案經(jīng)過方案的比較論證，本論文決定采用無變壓器的兩級結(jié)構(gòu)，即前級的 DC／DC 變換器和后級的 DC／AC 逆變器，兩部分通過 DClink 連接。逆變器無變壓器無絕緣方式主電路比工頻變壓器絕緣方式復雜～些，比高頻變壓器絕緣方式簡單，效率高。采用電壓型逆變主電路，可以同時實現(xiàn)有源濾波和無功補償?shù)目刂疲趯嶋H中已經(jīng)得到了廣泛的研究和應用，可以有效的進行光伏發(fā)電、提高供電質(zhì)量和減少功率損耗，而且可以節(jié)省相應設(shè)備的投資。這種控制方式相對簡單，使用比較廣泛。但由于鎖相回路的響應較慢，并網(wǎng)逆變器輸出電壓值不易精確控制，系統(tǒng)可能出現(xiàn)環(huán)流等問題，同樣功率等級的電壓源并聯(lián)運行方式不易獲得優(yōu)異性能。如果光伏并網(wǎng)逆變器的輸出采用電壓控制，則光伏并網(wǎng)系統(tǒng)和電網(wǎng)實際上就是兩個交流電壓源的并聯(lián)運行，這種情況下要保證光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定運行，則必須采用鎖相控制技術(shù)實現(xiàn)與市電電網(wǎng)同步。按照輸入直流電源的性質(zhì)，可以將逆變器分為電流型逆變器和電壓型逆變器，結(jié)構(gòu)如圖所示。第二章 并網(wǎng)逆變器的設(shè)計及系統(tǒng)的工作原理2．1 并網(wǎng)逆變器的選擇2．1．1 并網(wǎng)逆變器結(jié)構(gòu)的選擇光伏并網(wǎng)逆變器按控制方式分類，可分為電壓源電壓控制、電壓源電流控制、電流源電壓控制、電流源電流控制四種方式。對光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)所存在的孤島效應進行研究和驗證，采用有效的孤島效應的檢測方法。研究設(shè)計了控制電路及其它重要電路。第二章，對逆變器主回路的拓撲結(jié)構(gòu)進行了研究，設(shè)計了兩級并網(wǎng)逆變器，同時對逆變器主回路的工作原理進行了分析。 本文的主要研究內(nèi)容本文在學習光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)逆變器工作原理及前人研究的基礎(chǔ)上，研究光伏并網(wǎng)逆變器的結(jié)構(gòu)與控制，進一步研究了光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的孤島檢測，并進行了較為深入的理論分析和研究。4)最大功率的跟蹤。3)具有較高的可靠性。2)實現(xiàn)系統(tǒng)的安全保護要求。因此，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)對并網(wǎng)逆變器有如下要求：1)實現(xiàn)高質(zhì)量的電能轉(zhuǎn)換。繼電保護裝置可以保證光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)和電網(wǎng)的安全性。電壓型逆變器主要由電力電子開關(guān)器件組成，以脈寬調(diào)制的形式向電網(wǎng)提供電能。目前工程上應用的光伏陣列一般是由一定數(shù)量的晶體硅太陽能電池組件按照系統(tǒng)需要的電壓的要求串、并聯(lián)組成的。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏陣列、并網(wǎng)逆變器、控制器和繼電保護裝置組成。該控制方案已經(jīng)在實驗室得到驗證。該光伏并網(wǎng)逆變器由 DC/DC 變換器與 DC/AC 變換器兩部分組成，其中 DC/DC 變換器采用芯片 SG3525 來控制，DC/AC 變換器采用數(shù)字信號處理器TMS320F240 來控制。文獻提出了使用重復控制來改善輸出波形質(zhì)量，本文在此基礎(chǔ)上提出了一種將重復控制和傳統(tǒng) PI 相結(jié)合的控制方法，PI 控制使系統(tǒng)有著良好的動態(tài)性能，重復控制用來抑制周期性干擾，提高跟蹤精度。隨著光伏并網(wǎng)發(fā)電設(shè)備的增加，并網(wǎng)電流諧波帶給電網(wǎng)污染的問題也得到了越來越多重視。目錄摘要 ........................................................IABSTRACT ...................................................II第一章 緒論 .................................................1 課題的研究背景與意義 .....................................1 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)簡介 .....................................1 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)對逆變器的要求 ...........................2 本文的主要研究內(nèi)容 .......................................2第二章 并網(wǎng)逆變器的設(shè)計及系統(tǒng)的工作原理 .....................3 并網(wǎng)逆變器的選擇 .........................................3 并網(wǎng)逆變器結(jié)構(gòu)的選擇 ................................3 并網(wǎng)逆變器回路方式的選擇 ............................3 系統(tǒng)的總體方案 ......................................4 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的工作原理 ...............................5 前級電路的工作原理 ..................................5 后級電路的工作原理 ..................................6第 三 章 光 伏 并 網(wǎng) 發(fā) 電 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計 ..............................7 主電路的設(shè)計 .............................................7 控制電路及保護電路的設(shè)計 .................................8 并網(wǎng)同步的實現(xiàn) ......................................8 波的產(chǎn)生 .......................................10 保護電路 ...........................................11 驅(qū)動電路 ................................................11 輸出濾波電路 ............................................12 輔助電源設(shè)計 ............................................12 輔助電源的設(shè)計要求 .................................12 輔助電源設(shè)計電路 ...................................13 系統(tǒng)的電磁兼容設(shè)計 ......................................13 硬件方面考慮 .......................................13 軟件方面考慮 .......................................14 光伏并網(wǎng)逆變器的 仿真建模 ................................14 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 ........................................15第四章 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的孤島效應及防止策略 ................17 孤島效應及其危害 ........................................17 孤島效應的檢測方法 ......................................17 被動檢測方法 ....................................