【正文】 因數(shù)并抑制諧波。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。風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)較慢，由于 11 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)。 12 第三章 硬件結(jié)構(gòu) 及原理 風(fēng)能逆變器控制分析 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。 F1D5 D6 D7D2 D3 D4C 5 1L7L6L5iaicibUAUBUCL1 L2D8S1R58R60R59Q4T5T R A N S 1H O 1L O 1H O 2L O 2H O 3L O 3 R 2 7 R 2 8 R 2 9C 2 8 C 2 9 C 3 0C 7 9 C 8 0 C 8 2C 7 8 C 7 7 C 8 1gbC O M 1 C O M 2 C O M 3V S 1 V S 2 V S 3T1 T3 T5T4 T2 T6+C 7 5+C 7 6 圖 31 風(fēng)力發(fā)電 并網(wǎng)主電路 如圖 31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、并網(wǎng)逆變器等設(shè)備組成。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 PFC校正部分 +DC／ AC逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。如圖 32所示為并網(wǎng)逆變器主電路框圖： 直驅(qū)式交流永磁同步發(fā)電機(jī)三項(xiàng)不可控整流橋直流變換電路 三項(xiàng)逆變電路電網(wǎng) 圖 32 并網(wǎng)逆變器主電路結(jié)構(gòu) 13 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流為直流后，送入到直流變換電路中。調(diào)節(jié)后的直流輸出電能逆變?yōu)榉喜⒕W(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)。當(dāng)風(fēng)速較低的時(shí)候。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。并網(wǎng)逆變器主電路分為 PFC功率因數(shù)校正環(huán)節(jié)和 DC／ AC逆變環(huán)節(jié)兩部分。 PFO 環(huán)節(jié)及其控制技術(shù)分析 功率因數(shù)校正環(huán)節(jié)包含不可控整流電路和 Boost升壓電路兩部分。 DC/DC直流電路的主要作用是調(diào)節(jié)直流輸出電壓，滿足后級(jí)逆變電路的工作要求和完成功率因數(shù)校正功能，提高并網(wǎng)逆變器的功率因數(shù)并抑制諧波。因風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出為三相交流電，額定輸出功率為 2KW，并且輸出電壓較低，所以整流電路采用三相橋式不可控整流電路，如圖 33所示 ,這種電路的特點(diǎn)是不用中線、輸出電壓高、輸出紋波小、輸入諧波小。各二極管均在自然換相點(diǎn)處換相，自然換相點(diǎn)既是相電壓的交點(diǎn)，同時(shí)也是線電壓的交點(diǎn)。不管是在阻性負(fù)載，還是在阻感性負(fù)載下，整流輸出電壓均連續(xù)，其平均值為： ifid UUU ?? (31) 其中 iU 為輸入相電壓， ifU 為輸入線電壓。該整流電路具有如下的特點(diǎn) :(1)在每個(gè)時(shí)刻均需 2個(gè)二極管同時(shí)導(dǎo)通，形成向負(fù)載供電的回路，其中一個(gè)二極管是共陰極組的，一個(gè)是共陽(yáng)極組的，且不能為同一 相的 二極管。每次脈動(dòng)的波形都一樣。此外采用 Boost電路可實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正 (PFC)功能(功率因數(shù)可以達(dá)到 ～ )。主電路由電感、 開(kāi)關(guān)管和濾波電容組成。 圖 34 Boost直流電路結(jié)構(gòu) 分析該升壓斬波電路的工作原理， 如圖 34所示， 首先假設(shè)電感 L值和電容C值很大。當(dāng) VT處 于斷態(tài)的時(shí)候電源和電感共同向電容 C充電并向負(fù)載提供能量。 逆變電路的設(shè)計(jì) 逆變電路中，我們選用的是三相全橋逆變電路，如果用作單相逆變器時(shí)，不 驅(qū)動(dòng)其中一個(gè)橋臂即可。絕緣柵雙極型晶體管 IGBT是 MOSFET和雙極型晶體管復(fù)合而成的一種器件，其 輸入極為 MOSFET，輸出極為 PNP晶體管，因此，可以把其看作是 MOS輸入的達(dá)林頓管。 IGBT的等效電路如圖 35所示，若在 IGBT的柵極和發(fā) 射極 之間加上驅(qū)動(dòng) 16 正電壓，則 M0SFET導(dǎo)通，這樣 PNP晶體管的集電極與基極之間阻狀態(tài)而使得晶體管導(dǎo)通；若 IGBT的柵極和發(fā)射極之間電壓為 0V，則 MOSFET截 止，切斷PNP晶體管基極電流的供給，使得晶體管截止。只有在充分利用和滿足其特點(diǎn)、要求的情況下，才能使 IGBT， 展現(xiàn) 出優(yōu)點(diǎn)并獲得較高的可靠性。IGBT的 MOS溝道受柵極驅(qū)動(dòng)電壓的直接控制，而 MOSFET部分的漏極電流又著 雙極部分的基極電流，使得 IGBT的開(kāi)通特性主要決定于它的 MOSFET部分 ，所 以 IGBT得開(kāi)通受柵極驅(qū)動(dòng)波形的影響較大。 柵極 驅(qū)動(dòng)回路的阻抗延長(zhǎng)米勒效應(yīng)時(shí)間，使集電極電流的下降延遲。 它們影響著驅(qū)動(dòng)波形的上升、下降速率。在運(yùn)行頻率較低時(shí)。 在正常狀態(tài)下 IGBT開(kāi)通越快，開(kāi)通損耗也越小。此時(shí)應(yīng) 17 有目的降 低柵 極驅(qū)動(dòng)脈沖的上升速率，即增加?xùn)艠O串聯(lián)電阻的阻值，控制該電流的峰值。利用此技術(shù)，開(kāi)通過(guò)程中的峰值電流可以通過(guò) 改變 柵極串聯(lián)電阻控制在任意的值。柵極串聯(lián)電阻 的阻值應(yīng)根據(jù)電路和系統(tǒng)的情況折中考慮，選擇合適的值。柵極串聯(lián)電阻小有利于加快關(guān)斷速度和減小關(guān)斷損耗，也有利于避免 關(guān)斷 時(shí)集電極電壓的 du/dt造成 IGBT誤開(kāi)通。 柵極串聯(lián)電阻對(duì)于驅(qū)動(dòng)脈沖的波形也有較大的影響，電阻值過(guò)小時(shí)會(huì)造成驅(qū) 動(dòng)脈沖振蕩，過(guò)大時(shí)驅(qū)動(dòng)波形 的前后沿會(huì)發(fā)生延遲和變緩 。為了保持相同的驅(qū)動(dòng)脈沖前后沿速率 ,對(duì)于 電流容量較大的 IGBT元件，應(yīng)提供較大前后沿充電電流。 IGBT的柵極串聯(lián)電阻通常采用表 31 表 31 柵極電阻推薦值 所推薦的值，如工作頻率較低也可采用前一擋電阻值加大的電阻。過(guò)電壓的值由下式得出： 220 /M d d dU U U L I C U U? ? ? ? ? ? (35) 18 式中 U? 一一過(guò)電壓的值 (V) MU 一一電壓的峰值 (V) dU 一一電源電壓 (V) L 一一回路的雜散電感 (tt) OI 一一回路關(guān)斷前的電流 (A) C 一一 吸收電容器的電容量 (F) 式 (35)中的 dU 、0I由電路的運(yùn)行條件決定，故影響電壓的主要因素 是回 路的雜散電感 L。增加吸收電容器的電容量會(huì)導(dǎo)致吸收回路的損耗加 大， 效率降低，故盡量減小回路雜散電感是抑制換相過(guò)電壓的最佳方法。其 工作軌跡接近安全工作區(qū)的邊沿，使 IGBT產(chǎn)生較大的開(kāi)關(guān)損耗，由于本系統(tǒng)較小，頻率也不是很高，所以可以滿足系統(tǒng)要求。電阻 R的功率為 20 2( / 2 / 2)RP f L I CU?? (36) 由式 (36)可見(jiàn)，隨著工作頻率的增加，電阻的功率與 f成正比。采用這種結(jié)構(gòu)的三相逆變電路所用元器件比較多，適用于高壓大容量的逆變器。當(dāng) T1導(dǎo)通時(shí)，節(jié)點(diǎn) A接于直流電源正端， VAO=VD／ 2；當(dāng) T4導(dǎo)通時(shí)，節(jié)點(diǎn) A接于直流電源負(fù)端， VAO=VD／ 2。按圖 26中依序標(biāo)號(hào)的開(kāi)關(guān)器件其驅(qū)動(dòng)信號(hào)彼此間相差 60。則任何時(shí)刻都有三個(gè)開(kāi)關(guān)管 導(dǎo)通，并按 3， 4， 5， 6， 1， 2的順序?qū)ā? UAUBUCH O 1L O 1H O 2L O 2H O 3L O 3C 1 6 7 C 1 6 8 C 1 6 9C 1 7 0 C 1 7 1 C 1 7 2T1 T3 T5T6T2T4+1 / 2 V D+1 / 2 V DO 圖 36 三相逆變器主電路 但這種逆變器每個(gè)開(kāi)關(guān)器件在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中僅通、斷狀態(tài)轉(zhuǎn)換一次，輸出線電壓每半周中僅一個(gè)脈波電壓 (120186。 。在輸出電壓的每一個(gè)周期中，各開(kāi)關(guān)器件通、斷轉(zhuǎn)換多次，既可實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)、控制輸出電壓的大小，又可消除低次諧波而改善輸出電壓波形。 20 第 4 章 控制電路的實(shí)現(xiàn) 三相 SPWM發(fā)生器是變頻器的核心部分，它的性能好壞，直接關(guān)系到整個(gè)變 頻器的工作狀況。 三相 SPWM 發(fā)生器 SA866AE 簡(jiǎn)介 功能特點(diǎn) SA866是專(zhuān)為 產(chǎn)生 SPWM設(shè)計(jì)的一款集成電路。它的最大特點(diǎn)是可以獨(dú)立運(yùn)行，無(wú)需微處理器。所有需定義的參數(shù)如載波頻率、死區(qū)時(shí)間、最小脈寬、調(diào)制波形、 V／ F曲線 。 SA866有 6種工作模式，它 可以變頻變幅，也可以定頻變幅；可以獨(dú)立運(yùn)行，也可與微處理器配合使用，基本做到了低價(jià)格多功能，在許多逆變領(lǐng)域均可采用。它還可以提供兩種 V／ F曲線：恒轉(zhuǎn)矩的 V／ F線和負(fù)補(bǔ)償?shù)?v／ F線，后者即針對(duì)風(fēng)機(jī)類(lèi)負(fù)載而設(shè)。 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 IR25T R I P26B P H B27B P H T28S E T T R IP29XTAL230XTAL131VSSD32s a 8 6 6 圖 41 SA866管腳圖 21 (1)對(duì)外串行接口 SDA、 SCL、 CS 為 SA866與 EEPROM或微處理器的串行接口， SDA為數(shù)據(jù)總線， SCL為時(shí)鐘信號(hào)， CS為片選信號(hào)。 (3)控制及輸出 SETPOINT 決定穩(wěn)定運(yùn)行頻率， RACC、 RDEC決定加速減速的快慢，也可用來(lái)選擇 6種工作模式中的一種。 DIR控制三相順序，高電平表示正向 旋轉(zhuǎn)。 IMON為過(guò)流信號(hào)輸入端，升速過(guò)程中端電平若大于 2． 5V，內(nèi)部過(guò)流保護(hù)就動(dòng)作，不再繼續(xù)升速，直到過(guò)流信號(hào)消失才繼續(xù)升速。 (5)電源 DDDV 為數(shù)字電源， DDAV 為模擬電源， SSADCV 是 A／ D轉(zhuǎn)換電源，均接同一個(gè) +5V電源， SDV SAV 分別是數(shù)字地及模擬地，REFINV是 A／ D轉(zhuǎn)換參考電壓，為 +。一片 EEPROM可同時(shí)存放四頁(yè)參數(shù) (接線方式如圖 42)，改變 PAGE0、 PAGEl兩腳的電平就可決定采用哪一頁(yè)參數(shù)，如表 41所示。 (注意：如果采有 1024位的 93C46，實(shí)際只用低 256位，其余的不編程。在 SCL的下降沿到來(lái)后，SA866A肌步輸出 EEPROM的控制字 (在隨后的上升鎖存入 EEPROM)，再次 SCL的上升沿到來(lái)后， EEPROM同步輸出地進(jìn)制工作，參數(shù)的真位，在時(shí)這種的下降沿鎖存入 SA866AE。 ATMEG8 單片機(jī)的簡(jiǎn)介 該芯片 內(nèi)核具有豐富的指令集和 32 個(gè)通用工作寄存器。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的 CISC微控制器最高至 10倍的數(shù)據(jù)吞吐率。工作于空閑模式時(shí) CPU 停止工作，而 SRAM、 T/C、 SPI 端口以及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作；掉電模式時(shí)晶體振蕩器停止振蕩，所有功能除了中斷和硬件復(fù)位之外都停止工作；在省電模式下，異步定時(shí)器 繼續(xù)運(yùn)行，允許用戶保持一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)，而其余功能模塊處于休眠狀態(tài) ； ADC 噪聲抑制模式時(shí)終止 CPU和除了異步定時(shí)器與 ADC以外所有 I/O模塊的工作，以降低 ADC轉(zhuǎn)換時(shí)的開(kāi)關(guān)噪聲； Standby模式下只有晶體或諧振振蕩器運(yùn)行，其余功能模塊處于休眠狀態(tài)，使得器件只消耗極少的電流，同時(shí)具有快速啟動(dòng)能力。 P B 01P B 12P B 23P B 34P B 45P B 56P B 67P B 78R ES ET9V C C10G ND11X TA L212X TA L113P D 014P D 115P D 216P D 317P D 418P D 519P D 620P A 040P A 139P A 238P A 337P A 436P A 535P A 634P A 733A R E F32G ND31A VC C30P C 729P C 628P C 527P C 426P C 325P C 224P C 123P C 022P D 721A TM E GA 8 圖 43 Atmega8 VCC 數(shù)字電路的電源 ,GN