光伏發電系統逆變技術應用研究畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 ，SG3525 等。 IGBT其中逆變電路的重要器件絕緣柵雙極型晶體管――IGBT的基本特性：靜態特性與PMOSFET類似；UGE=0時IC=0，IGBT處于阻斷狀態（斷態）；UGE足夠大（一般為5~15V），IGBT進入導通狀態（通態），當UCE大于一定值（一般2V左右）時IC0。 優點：驅動功率小、開關速度高通流能力強、耐壓等級高 本論文會涉及PWM控制技術，但不會太深入，控制系統以單片機STC89C51為核心，可以實現反饋信號的處理和A/D轉換、DC/DC變換器和PWM逆變器控制脈沖的產生、系統運行狀態的監視和控制、故障保護和存儲、485通訊等功能。 實際電路中的中間電壓VDC、網壓、并網電流和太陽能電池的電壓電流信號采樣后送至控制板上。圖21 并網發電模擬裝置框圖圖中太陽能電池Us，電池內阻Rs，逆變器電路采用了電壓型單相全橋逆變電路，濾波器采用電感與電容混聯的方式構成，工頻變壓器T。系統的控制部分由以STC89C51為核心的控制單元完成，另外系統設計了輔助電源為控制電路提供電源，輔助電源采用HV9120芯片。用直流穩壓電源Us和電阻Rs模擬光伏電池，而逆變器部分我們將使用電壓型單相全橋逆變電路。我們先來分析一下下面的電路如下圖31電壓型的逆變電路有以下要特點：，或并聯有大電容，相當于電壓源。直流側電壓基本無脈動，直流回路呈現低阻抗。，交流側輸出電壓波形為矩形波，并且與負載阻抗角無關，交流側輸出電流波形和相位因負載阻抗情況的不同而不同。，直流側電容器緩沖武功能量的作用。為了給交流側向直流側反饋的無功能量提供通道，逆變橋各手臂都并聯上反饋二極管。全橋逆變電路是單相逆變電路中應用最多的。兩個半橋電路的組合。1和4一對，2和3另一對，成對橋臂同時導通，交替各導通180176。uo波形同圖56b。半橋電路的uo，幅值高出一倍Um=Ud。io波形和圖56b中的io相同，幅值增加一倍，單相逆變電路中應用最多的。 uo正半周，V1通，V2斷，V3和V4交替通斷，負載電流比電壓滯后，在電壓正半周，電流有一段為正，一段為負，負載電流為正區間，V1和V4導通時，uo等于Ud，V4關斷時，負載電流通過V1和VD3續流，uo=0，負載電流為負區間，io為負，實際上從VD1和VD4流過，仍有uo=Ud，V4斷，V3通后，io從V3和VD1續流，uo=0，uo總可得到Ud和零兩種電平。圖31電壓型單相全橋逆變電路 基波幅值 Uo1m=4Ud/= 311 基波有效值 Uo1== 312uo為正負各180186。時，要改變輸出電壓有效值只能改變Ud來實現。單相半橋和全橋PWM整流電路，半橋電路直流側電容必須由兩個電容串聯，其中點和交流電源連接。全橋電路直流側電容只要一個就可以。交流側電感Ls包括外接電抗器的電感和交流電源內部電感，是電路正常工作所必須的。移相調壓方式?？刹捎靡葡喾绞秸{節逆變電路的輸出電壓，稱為移相調壓。各柵極信號為180186。正偏，180186。反偏，且V1和V2互補，V3和V4互補關系不變。V3的基極信號只比V1落后q ( 0q 180186。)，VV4的柵極信號分別比VV1的前移180186。q，uo成為正負各為q 的脈沖，改變q 即可調節輸出電壓有效值。我們還來討論在純電阻負載的情況，采用上述移相方法也可以得到相同的結果，只是VD1VD4不再導通不起續流作用。在為零的期間，4各峭壁均不導通，負載也沒有電流。顯然，上述移相調壓方式并不適用也半橋電流，不過在純電阻負載時，仍可以采用改變正負脈沖寬度的方法來調節半橋逆變電路的輸出電壓。這時，上下兩橋臂的柵極信號不再是各為108度正偏、180度反偏并且互補，而是正偏的寬度為x,反偏的寬度為306度x，二者相位差為180度。這時輸出電壓也是正負脈沖的寬度各位x。正弦信號波和三角波相比較的方法對V1～V4進行SPWM控制，就可在交流輸入端AB產生SPWM波uAB。uAB中含有和信號波同頻率且幅值成比例的基波、和載波有關的高頻諧波，不含低次諧波。由于Ls的濾波作用，諧波電壓只使is產生很小的脈動。當信號波頻率和電源頻率相同時，is也為與電源頻率相同的正弦波。us一定時，is幅值和相位僅由uAB中基波uABf的幅值及其與us的相位差決定。改變uABf的幅值和相位，可使is和us同相或反相，is比us超前90176。，或is與us相位差為所需角度。圖32單相全橋逆變電路的移相調壓方式在濾波器的參數選擇過程中，要注意在電容與電感的選擇上是需要折衷考慮的，電容越大，流入電容的無功電流就越大，則電感上的電流和開關管的電流也就越大，從而降低系統的效率。電容越小，則電感需要增大，使得電感上的壓降增大。.在電感一定的情況下，不同的電容參數值并不改變其低頻特性，只是隨著電容C的增大其諧振頻率向減小方向移動。 C=*（一定量的無功功率的電容公式）　　　　　　　　　　321LCU oUo1圖33 簡單的濾波電路并網運行模式的濾波結構都是一個振蕩環節，這將會影響其相應的系統閉環控制設計，故在作閉環系統設計之前，必須在其濾波結構中加入抑止環節來減小其諧振尖峰的影響。而濾波器的詳細作用我們將在PWM控制電路進一步探討。在使用蓄電池儲能的太陽能PVS中，蓄電池組的公稱電壓一般是12V，24V 或48V，因此，逆變電路一般都需進行升壓來滿足220V 常用交流負載的用電需求。首先把直流電逆變成工頻低壓交流電；再通過工頻變壓器升壓成220V，50Hz 的交流電供負載使用。它的優點是結構簡單，各種保護功能均可在較低電壓下實現。因其逆變電源與負載之間存有工頻變壓器，故逆變器運行穩定、可靠、過負荷能力和抗沖擊能力強，且能夠抑制波形中的高次諧波成分。然而，工頻變壓器也存在笨重和價格高的問題，而且其效率也比較低。按目前水平制作的小型工頻逆變器，其額定負荷效率一般不超過90%，同時因工頻變壓器在滿負荷和輕負荷下運行時鐵損基本不變，因而使其在輕負荷下運行的空載損耗較大，效率也較低。我們往后對其將不作深入的討論和研究。脈沖寬度調制(PWM)，是英文“Pulse Width Modulation”的縮寫，簡稱脈寬調制，是利用微處理器的數字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術，廣泛應用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領域中。PWM控制就是對脈沖的寬度進行調制的技術。即通過對一系列脈沖的寬度進行調制，來等效地獲得所需要波形（含形狀和幅值）。脈沖寬度調制是一種模擬控制方式，其根據相應載荷的變化來調制晶體管柵極或基極的偏置，來實現開關穩壓電源輸出晶 體管或晶體管導通時間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時保持恒定，是利用微處理器的數字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術。PWM控制技術在逆變電路中的應用最為廣泛，對逆變電路的影響也最為深刻。目前中小功率的逆變電路幾乎都采用了PWM技術，現在大量應用的逆變電路中，絕大部分都是PWM型逆變電路。可以說PWM控制技術正是有賴于再逆變電路中的應用，才發展的比較成熟，才確定他在電力電子技術中的重要地位。正因為如此，本論文用較大的章節來探討PWM型逆變電路。4．PWM型逆變電路PWM逆變電路也可分為電壓型和電流型兩種，目前實用的幾乎都是電壓型。 PWM控制算法PWM的控制算法主要有計算法和調制法，實際中應用的主要是調制法，我要主要介紹一下調制法。計算法根據正弦波頻率、幅值和半周期脈沖數，準確計算PWM波各脈沖寬度和間隔，據此控制逆變電路開關器件的通斷，就可得到所需PWM波形。缺點：繁瑣，當輸出正弦波的頻率、幅值或相位變化時，結果都要變化調制法輸出波形作調制信號，進行調制得到期望的PWM波；通常采用等腰三角波或鋸齒波作為載波；等腰三角波應用最多，其任一點水平寬度和高度成線性關系且左右對稱；與任一平緩變化的調制信號波相交，在交點控制器件通斷，就得寬度正比于信號波幅值的脈沖，符合PWM的要求。調制信號波為正弦波時，得到的就是SPWM波；調制信號不是正弦波，而是其他所需波形時，也能得到等效的PWM波。結合IGBT單相橋式電壓型逆變電路對調制法進行說明：設負載為阻感負載，工作時V1和V2通斷互補，V3和V4通斷也互補?？刂埔幝桑簎o正半周，V1通，V2斷，V3和V4交替通斷，負載電流比電壓滯后，在電壓正半周，電流有一段為正，一段為負，負載電流為正區間，V1和V4導通時，uo等于Ud，V4關斷時，負載電流通過V1和VD3續流，uo=0，負載電流為負區間，io為負，實際上從VD1和VD4流過，仍有uo=Ud，V4斷，V3通后，io從V3和VD1續流，uo=0，uo總可得到Ud和零兩種電平。uo負半周，讓V2保持通，V1保持斷，V3和V4交替通斷，uo可得Ud和零兩種電平。圖41單相橋式PWM逆變電路 PWM控制方式1．單極性PWM控制方式在ur和uc的交點時刻控制IGBT的通斷。ur正半周，V1保持通，V2保持斷，當uruc時使V4通，V3斷，uo=Ud，當uruc時使V4斷，V3通，uo=0。ur負半周，V1保持斷，V2保持通，當uruc時使V3通，V4斷，uo=Ud，當uruc時使V3斷，V4通，uo=0，虛線uof表示uo的基波分量。2．雙極性PWM控制方式在ur半個周期內，三角波載波有正有負，所得PWM波也有正有負。在ur一周期內，輸出PWM波只有177。Ud兩種電平，仍在調制信號ur和載波信號uc的交點控制器件通斷。ur正負半周，對各開關器件的控制規律相同，當ur uc時，給V1和V4導通信號，給V2和V3關斷信號，如io0，V1和V4通，如io0，VD1和VD4通， uo=Ud，當uruc時，給V2和V3導通信號，給V1和V4關斷信號，如io0，V2和V3通，如io0，VD2和VD3通，uo=Ud。單相橋式電路既可采取單極性調制，也可采用雙極性調制。圖42單極性PWM控制方式波形圖43雙極性PWM控制方式波形 PWM調制方法采樣控制理論中有一個重要結論:沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環節上時,對半導體開關器件的導通和關斷進行控