【正文】 制，并且可能出現(xiàn)環(huán)流等問(wèn)題，不易獲 得優(yōu)異性能 。將逆變器輸出電壓 Uout與基準(zhǔn)電壓相比較后得到誤差 Ue，經(jīng) PI調(diào)節(jié)后與三角載波信號(hào)經(jīng)過(guò)比較器比較，產(chǎn)生占空比變化的 SPWM信號(hào)去驅(qū)動(dòng)逆變器，這是電壓型控制技術(shù)的 基本原理。這兩種控制策略中，電壓平均值控制是恒值調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)是輸出可以達(dá)到無(wú)靜差，缺點(diǎn)為是響應(yīng)快速性較差，而電壓瞬時(shí)值反饋控制策略是一個(gè)隨動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，由于積分環(huán)節(jié)存在的相位滯后，系統(tǒng)不可能達(dá)到無(wú)靜差，但相對(duì)平均值反饋控制，其快速性較好。 電流反饋控制 電流反饋控制是一種新穎的控制方法，具有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。然而當(dāng)交流側(cè)電壓發(fā)生波動(dòng)的同時(shí)，若 PWM的開(kāi)關(guān)頻率也作相應(yīng)的波動(dòng)時(shí)，則電流跟蹤的偏差幾乎不變。圖 33為采用滯環(huán)比較 器 的瞬時(shí)值比較方式原理圖。 圖 33 采剛滯環(huán)比較器的電流瞬時(shí)值比較原理圖 電流滯環(huán)跟蹤控制方式特點(diǎn)有： 系統(tǒng)具有快速的瞬態(tài)響應(yīng)：由于電流反饋?zhàn)饔茫?dāng)輸入直流電壓波動(dòng)或負(fù)載突變引起輸出電壓變化時(shí)，都將引起電感電流的變化，使功率器件的開(kāi)關(guān)狀態(tài)產(chǎn)生變 14 化，從而改變輸出電壓波形。 電流型全橋電路容易產(chǎn)生失控：電流脈寬不等固然可以維持電感端壓的伏秒值平衡。 開(kāi) 關(guān)頻率不固定：由于器件的 開(kāi) 關(guān)點(diǎn)完全取決于電流到達(dá)上下限值的時(shí)間，因此滯環(huán)控制的 開(kāi) 關(guān)頻率并不固定，這與電壓型控制下載波頻率恒定的 PWM控制有很大不 同。除了上面介紹的電流滯環(huán)跟蹤控制法，還有很多電流型控制策略的電路拓?fù)?，例如，定時(shí)控制的電流瞬時(shí)值比較法，三角波比較方式的電流跟蹤法等等，在此就不在詳細(xì)介紹。目前采用較多的瞬時(shí)值控制一般采用雙環(huán)反饋， 其外環(huán)為輸出電壓反饋，電壓調(diào)節(jié)器一般采用比例積分 (PI)形式，其輸出作為內(nèi)環(huán)的給定，內(nèi)環(huán)為瞬時(shí)值電流反饋。電壓外環(huán)采用瞬時(shí)值反饋，對(duì)輸出電壓的瞬時(shí)誤差給出調(diào)節(jié)信號(hào)，該信號(hào)經(jīng) PI調(diào)節(jié)后作為電流控制給定 L，電流內(nèi)環(huán)由電感電流或電容電流瞬時(shí)值與電流給定，比較產(chǎn)生誤差信號(hào)，經(jīng) PI調(diào)節(jié)，所得信號(hào)與三角形載波比較后產(chǎn)生 SPWM信號(hào)控制功率管的開(kāi)通。 MPPT控制方法 太陽(yáng)能電 池昂貴的價(jià)格限制了光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在努力降低制造成本的同 15 時(shí)， 但是如何使太陽(yáng)能電池的輸出功率最大化一直是人們研究的熱點(diǎn)。輸出電流在大部分工作電壓范圍內(nèi)相對(duì)恒定，最終在大于某一個(gè)電壓之后，電流迅速下降至零 。 當(dāng)溫度不變時(shí)，日照強(qiáng)度發(fā)生改變 時(shí)太陽(yáng)能電池的 IU曲線(xiàn)見(jiàn)圖 35(a)，其 中 PU曲線(xiàn)見(jiàn)圖 35(b)。同照強(qiáng)度的增加，總體效果會(huì)造成太陽(yáng)能電池的輸出功率增加。由這兩個(gè)圖可知，當(dāng)同照強(qiáng)度不變表面溫度升高時(shí)，太陽(yáng)電池開(kāi)路電壓 UOC下降，短路電流 ISC則輕微增大 。 太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)要求太陽(yáng)能電池能夠始終工作在當(dāng)前環(huán)境下的最大功率點(diǎn)，以最大效率的輸出功率，但是由于太陽(yáng)能電池在不同表面溫度和同照強(qiáng)度下的輸出特 性不同，并且輸出功率隨著工作電壓的改變而改變，因此需要對(duì)太陽(yáng)能電池進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤 (Maximum Power Point Tracking， MPPT)。因此，CVT控制法思路即是將光伏電池輸出電壓控制在該電壓處，此時(shí)光伏電池在整個(gè)工作過(guò)程中將近似工作在最大功率點(diǎn)處。但是這種跟蹤方式忽略了溫度對(duì)太陽(yáng)電池開(kāi)路電壓和輸出功率的影響， CVT方式并不能在 所有的溫度環(huán)境下完全地跟蹤最大功率，即當(dāng)系統(tǒng)外界環(huán)境條件改變時(shí)，對(duì)最大功率點(diǎn)變化適應(yīng)性差。O） 鑒于 CVT控制的局限性，擾動(dòng)觀察法能有效地解決這一問(wèn)題。若 △ P0，說(shuō)明參考電壓調(diào)整的方向正確，可以繼續(xù)按原來(lái)的方向調(diào)整；若 △ P0，則說(shuō)明參考電壓調(diào)整的方向錯(cuò)誤，需要改變調(diào)整的方向。但其缺點(diǎn)是 穩(wěn)態(tài)時(shí)只能在最大功率點(diǎn)附近振蕩運(yùn)行；存在著因功率跟蹤過(guò)程中非單調(diào)性造成的誤差；存在著因自身算法的不嚴(yán)謹(jǐn)，而在日照強(qiáng)度變化時(shí)產(chǎn)生跟蹤錯(cuò)誤。這些方法都各具優(yōu)缺點(diǎn)，這罩就不再詳細(xì)介紹。電導(dǎo)增量法最大的優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)太陽(yáng)電池上的照度產(chǎn)生變化和表面溫度產(chǎn)生變化時(shí)，可以始終向后級(jí)負(fù)載提供最大功率，并同時(shí)滿(mǎn)足快速和高精度的要求。 圖 37 電導(dǎo)增量法的控制流程圖 圖 37中，通過(guò)采樣電壓、電流值 UPV， IPV然后計(jì)算當(dāng)前的功率 PPV,再判斷電壓差值是否為零 ?(因后面做除法時(shí)分母不得為零 )若為零則再判斷電流差值是否為零 ?若都為零則表示阻抗一致，擾動(dòng)值 UREF不變。再來(lái)討論電 19 壓差值不為零時(shí)，若成立則表示功率曲線(xiàn)斜率為零 (達(dá)最大功率點(diǎn) )，若電導(dǎo)變化量大于負(fù)電導(dǎo)值，則表示功率曲線(xiàn)斜率為正， UREF值將增加，反之 UREF值將減少。 DSP電源設(shè)計(jì) TMS320LF2407A DSP芯片采用高性能靜態(tài) COMS技術(shù)，使得供電電壓降到 3． 3V，而不是通常單片機(jī)所使用的 5V電源，減少了控制器的損耗。本文采用 TPS7333Q芯片將 5V的直流電轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的 3． 3V直流電供給 DSP。本次設(shè)計(jì)選用 MAXIM公司 的 MAX6003為 A仍轉(zhuǎn)換建立參考基準(zhǔn)電壓。由于 A／ D轉(zhuǎn)換的參考基準(zhǔn)電壓為 ,因此采樣模擬信號(hào)要處理調(diào)整成 0～ 3V范圍內(nèi)的電壓信號(hào)，然后再輸入到模擬輸入通道進(jìn)行轉(zhuǎn)換。所以我們此次選用深圳迦威公司生產(chǎn)的 CSK3100A的霍爾電流互感器，他可以將所采集到的電流直接轉(zhuǎn)化為 4～ +4V的電壓信號(hào)， 從而減少使用串聯(lián)電阻所引起的人為損耗。 (3) 直流輸入電壓采樣電路 前端的輸入電壓為直流電壓，其采樣無(wú)需外加直流電壓偏置，但仍要保證采集的電壓在 0～ 3V以?xún)?nèi)。 A／ D轉(zhuǎn)換電路模塊還包括市電電壓采樣電路、并網(wǎng)電壓平均值采樣電路、太陽(yáng) 20 能電池輸出電流和電壓以及電壓和電 流的相位檢測(cè)電路，這些電流電壓采集電路都和以上所介紹的電路基本類(lèi)似，在此就不在詳細(xì)介紹。由于設(shè)計(jì)中只需控制逆變器的 4個(gè) IGBT，因此只用到其中一個(gè)事件管理模塊 (EVA)的 4路 PWM信號(hào)： PWMlPWM4，其余 8路留作擴(kuò)展。比較寄存器的值不斷地與定時(shí)計(jì)數(shù)器的值相比 較，當(dāng)兩個(gè)值匹配時(shí)，在相應(yīng)的輸出上就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)變換 (從高到低或從低到高 )。在每個(gè)定時(shí)器周期中，這個(gè)過(guò)程都會(huì)出現(xiàn)，但每次比較寄存器中的調(diào)制值是不同的，這要由控制軟件根據(jù)每個(gè)采樣周期的反饋量實(shí)時(shí)計(jì)算得到。詳細(xì)的 PWM的產(chǎn)生過(guò)程將在控制軟件的實(shí)現(xiàn)中進(jìn)一步闡述 。在設(shè)計(jì)門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路時(shí)應(yīng)特別注意開(kāi)通特性，負(fù)載短路能力和誤觸發(fā)等問(wèn)題。 DSP芯片輸出的 PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)能力相當(dāng)弱，不能直接驅(qū)動(dòng)各功率管，必須先將此信號(hào)送入到驅(qū)動(dòng)電路，經(jīng)電氣隔離及放大后再去驅(qū)動(dòng)功率器件 IPM模塊。 TLP250輸出采用推拉結(jié)構(gòu)，最大輸出電流為 21 ，開(kāi)關(guān)頻率最高可達(dá) 25kHz，上升沿和下降沿時(shí)問(wèn)只有 150ns，隔離電壓可達(dá)2500V。 CAN具有獨(dú)特的設(shè)計(jì)思想，良好的功能特性和極高的可靠性，現(xiàn)場(chǎng)抗干擾能力強(qiáng)。 為了保障逆變系統(tǒng)的正常運(yùn)行而且可以實(shí)時(shí)的查看系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的各種狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的智能化管理，系統(tǒng)設(shè) 計(jì)中加入了通信電路模塊。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，可以把控制系統(tǒng)與上位機(jī)相連，將系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的各個(gè)單元的狀態(tài)發(fā)送給上位機(jī)，以便設(shè)計(jì)人員及時(shí)找到系統(tǒng)的不足加以改正。 4 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中孤島效應(yīng)的仿真實(shí)驗(yàn)研究 22 孤島效應(yīng)的分析 孤島效應(yīng)是當(dāng)電網(wǎng)的部分線(xiàn)路因故障或維修停電時(shí)，停電線(xiàn)路由所連的并網(wǎng)系統(tǒng)繼續(xù)供電，并連同周?chē)?fù)載構(gòu)成一 個(gè)自給供電的孤島情況。當(dāng)電網(wǎng)斷開(kāi)時(shí)，由于并網(wǎng)系統(tǒng)的輸出功率和負(fù)載功率之間的差異會(huì)引起并網(wǎng)系統(tǒng)輸出電壓的幅值或頻率發(fā)生相當(dāng)?shù)母淖?，這樣通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)輸出的電壓就可以很方便地檢測(cè)出孤島效應(yīng)。當(dāng)有許多光伏系統(tǒng)同時(shí)向電網(wǎng)并網(wǎng)發(fā)電時(shí)，甚至很多主動(dòng)檢測(cè)的方法也失去了效果。 逆變器并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，輸出電壓是由電網(wǎng)電壓控制的，并網(wǎng)逆變器能控制的只是并網(wǎng)電流，包括電流幅值、相位和頻率。因?yàn)樵谘芯抗聧u檢測(cè)技術(shù)時(shí)，關(guān)心的只是逆變電源的輸出特性。 孤島效應(yīng)的檢測(cè)和防止一般是通過(guò)監(jiān)控并網(wǎng)系統(tǒng)輸出端電壓的幅值和頻率實(shí)現(xiàn)的。圖 41是用于檢測(cè)并網(wǎng)逆變器孤島效應(yīng)的示意圖，它由光伏并網(wǎng)系統(tǒng)、本地負(fù)載 (使用并聯(lián)的 RLC電路組成 )以及電網(wǎng)組成。通過(guò)周期性擾動(dòng)系統(tǒng)輸出電壓頻率，當(dāng)電網(wǎng)斷電時(shí)，由于沒(méi)有固定的電網(wǎng)頻率，整個(gè)系統(tǒng)的輸出 頻將一直升高，最終導(dǎo)致超過(guò)頻率保護(hù)的上限值。整個(gè)系統(tǒng)的反孤島效應(yīng)的仿真圖如圖 42所示。 25 結(jié) 論 本文針對(duì)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中的核心問(wèn)題，對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)用逆變器的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入的研究，并在此基礎(chǔ)上建立起一套相對(duì)完善的光 伏發(fā)電系統(tǒng)用逆變器實(shí)驗(yàn)平臺(tái) 。 (2) 針對(duì)逆變器并網(wǎng)運(yùn)行特點(diǎn)，結(jié)合電流控制和電壓控制的優(yōu)點(diǎn)，選用基于 DSP的 PWM電流電壓雙閉環(huán)控制方法。 (4) 選用主動(dòng)頻率偏移法作為本系統(tǒng)的孤島防止方法，并用 MATLAB 7． 0中Simulink仿 真工具對(duì)該方法進(jìn)行了仿真。 根據(jù)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)要求，開(kāi)發(fā)了基于 TMS320LF2407A DSP芯片并網(wǎng)逆變器樣機(jī)，對(duì)其硬件電路及軟件程序進(jìn)行了分模塊調(diào)試，給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。但一些功能和參數(shù)方面仍需許多實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證和完善，有待于后續(xù)者進(jìn)一步研究和改進(jìn)。在 最后一學(xué)期 期間里， 張 老師一直在學(xué)習(xí)、科研、生活各個(gè)方面都給予我極大的關(guān)懷。 導(dǎo)師為人和藹而不失嚴(yán)格，其淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、高度的責(zé)任心、精益求精的工作作風(fēng)、豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)給我留下了深刻的印象， 半 年里一直是激發(fā)我?jiàn)^發(fā)向上的動(dòng)力源泉。對(duì)幾位老師在百忙之中給予的無(wú)私 幫助表示深 深的謝意。 在這 一學(xué)期 的時(shí)間里他們?cè)谏钪惺冀K給予了我無(wú)微不至的關(guān)心、鼓勵(lì)我專(zhuān)心完成學(xué)業(yè)。感謝所有幫助過(guò)我的老師們、同學(xué)們和朋友們 ! 27 參考文獻(xiàn) [1] 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