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    首頁 基于SG3525的光伏并網逆變器控制的設計

    基于SG3525的光伏并網逆變器控制的設計.doc

    基于SG3525的光伏并網逆變器控制的設計

    階梯男
    2019-05-16 0人閱讀 舉報 0 0 暫無簡介

    簡介:本文檔為《基于SG3525的光伏并網逆變器控制的設計doc》,可適用于IT/計算機領域

    ?引言世紀人類將面臨著實現經濟和社會可持續發展的重大挑戰。在有限資源和保護環境的雙重制約下能源問題將更加突出這主要體現在:①能源短缺②環境污染③溫室效應。因此人類在解決能源問題實現可持續發展時只能依靠科技進步大規模地開發利用可再生潔凈能源。太陽能具有儲量大、普遍存在、利用經濟、清潔環保等優點因此太陽能的利用越來越受到人們的廣泛重視成為理想的替代能源。文中闡述的功率為W太陽能光伏并網逆變器將太陽能電池板產生的直流電直接轉換為VHz的工頻正弦交流電輸出至電網。?系統工作原理及其控制方案?光伏并網逆變器電路原理太陽能光伏并網逆變器的主電路原理圖如圖所示。在本系統中太陽能電池板輸出的額定電壓為V的直流電通過DCDC變換器被轉換為V直流電接著經過DCAC逆變后就得到VHz的交流電。系統保證并網逆變器輸出的VHz正弦電流與電網的相電壓同步。圖?電路原理框圖?系統控制方案圖為光伏并網逆變器的主電路拓撲圖此系統由前級的DCDC變換器和后級的DCAC逆變器組成。DCDC變換器的逆變電路可選擇的型式有半橋式、全橋式、推挽式??紤]到輸入電壓較低如采用半橋式則開關管電流變大而采用全橋式則控制復雜、開關管功耗增大因此這里采用推挽式電路。DCDC變換器由推挽逆變電路、高頻變壓器、整流電路和濾波電感構成它將太陽能電池板輸出的V的直流電壓轉換成V的直流電壓。圖?主電路拓撲圖DCAC逆變器的主電路采用全橋式結構由個MOS管(該管內部寄生了反并聯的二極管)構成它將V的直流電轉換成為VHz的工頻交流電。?DCDC變換器控制方案DCDC變換器的控制框圖如圖所示??刂齐娐肥且约呻娐稴G為核心由SG輸出的兩路kHz的驅動信號經門極驅動電路加在推挽電路開關管Q和Q的門極上。為保持DCDC變換器輸出電壓的穩定將檢測到的輸出電壓與指令電壓進行比較該誤差電壓經PI調節器后控制SG輸出驅動信號的占空比。該控制電路還具有限制輸出過流過壓的保護功能。當檢測到DCDC變換器輸出電流過大時SG將減小門極脈沖的寬度降低輸出電壓進而降低了輸出電流。當輸出電壓過高時會停止DCDC變換器的工作。由于推挽式電路容易因直流偏磁導致變壓器飽和因此推挽式電路的設計難點在于如何防止變壓器的磁飽和。在本電路中除了注意電路的對稱性之外還設計了磁飽和檢測電路當流經推挽電路的兩個支路電流失衡時就會啟動SG的軟啟動功能使DCDC變換器重新啟動變壓器得以復位。圖?DCDC變換器的控制框圖偏磁檢測電路如圖所示。圖中只畫出了磁環的副邊。原邊兩個線圈接在主電路的變壓器原邊的兩個繞組上流過兩個線圈中的電流方向要相反。當變壓器發生偏磁時某一方向的電流異常大通過電流互感器檢測,可在互感器的輸出電阻R上產生一個電壓如果該電壓足夠大可以使穩壓二極管D導通在電位器上產生壓降將電位器的值調到合適的阻值使電位器上的壓降大于三極管的門限電壓使三極管導通接在芯片SG的腳與地之間的電容放電然后SG中的恒流源對它充電SG重新啟動從而使變壓器磁心復位。圖?偏磁檢測電路?DCAC逆變器控制方案DCAC逆變器是光伏并網的重點和難點因此以下將著重闡述該部分。DCAC逆變器控制框圖如圖所示。核心控制芯片采用了TI公司的TMSF。盡管單片機也能實現并網逆變器的脈寬調制但是DSP實時處理能力更強大因此可以保證系統有更高的開關工作頻率。從圖可以清楚看出系統輸入和輸出信號的情況。圖?DCAC逆變器的控制框圖?輸出功率優化控制方案在靜態情況下當并網逆變器與太陽能電池相連時并網逆變器可等效為太陽能電池的負載電阻。當光強λ和溫度T變化時太陽能電池輸出的端電壓將會隨之發生變化。為了有效地利用太陽能應使太陽能電池的輸出始終處于適當的工作點。因此控制方案要求當太陽能電池的電壓升高時可以增大它的輸出功率反之就降低它的輸出功率。DSP的控制方案如圖所示參考電壓和太陽能電池的實際電壓相比較后其誤差經過PI調節將得到的電流指令(直流量)IREF與ROM里的正弦表值相乘就得到交變的輸出電流指令iref再將它與實際的輸出電流值比較后其誤差經過比例(P)環節將所得到的指令取反與采集到的交流側電壓Us相加后所得到的波形再與三角波比較就產生路PWM調制信號(三角波的頻率為kHz)。圖?DSP的控制方案?交流側電壓Us的檢測將同步變壓器副邊的同步信號濾波、整流就可以得到比較穩定的直流電將其送到DSP的AD轉換口。由于最后得到的直流電壓與電網電壓有一個比較穩定的關系因此就比較容易換算Us的值了。由于涉及到共地的問題因此采用了運算放大器的全波精密整流電路如圖所示。圖?Us的整流電路?電流指令的同步并網時要求逆變器輸出的正弦波電流與電網電壓同頻、同相。首先將電網電壓信號經過濾波整形為同步方波信號再將其輸入到TMSF的外部中斷口XINT目的是為了捕捉電網電壓的過零信號。如圖所示電網電壓正弦波經過整形后就得到了方波。當DSP檢測到過零信號的上跳沿時便觸發同步中斷以此時間點作為基準給定正弦波信號時間起點也就是正弦表指針復位到零每當T下溢中斷(PWM實時控制)時正弦表指針便加并從正弦表中取值。一個周期的單位正弦波數據被分成了個點采用表的形式存放在存儲器中。由于同步信號比較容易受到諧波和尖峰電壓的干擾因此在進入同步中斷后可以先做一個延時判斷外部中斷腳XINT是否仍然是高電平如果是高電平就執行中斷程序否則就從中斷程序跳出。從圖的控制方案可看出IREF與正弦表中數據相乘后便形成了幅值可調的正弦波的電流給定信號然后再實時比較電流給定值經過P環節后所得信號反相后與采集到的交流側電網電壓信號Us相加所得波形與三角波比較就產生了PWM波控制橋臂的通斷??傊敵鲭娏骱碗娋W電壓的同頻、同相的要求是通過電流跟蹤控制實現的。?PWM脈寬調制波的產生PWM波的產生是通過TMSF的全比較單元輸出的頻率為kHz。從圖可知調制脈沖的產生是通過將電流指令值與實際電流值比較后經過P環節所得到的波形與三角波(頻率為kHz)比較后獲得的。因此MOS管Q、Q、Q、Q(見圖)脈沖的產生時刻可以從圖得出參照正弦波與三角波調制兩者相交決定了PWM的脈沖時刻。實際由采樣的波形(實際上是階梯波)與三角波相交由交點得出脈沖寬度。本系統是在三角波的底點位置對波形進行采樣而形成的階梯波。此階梯波與三角波的交點所確定的脈寬在一個采樣周期內的位置是對稱的如圖所示。圖?同步信號波形圖?正弦脈寬調制波形圖(a)正弦波B與三角波的交點決定了Q的導通時刻正弦波A與三角波的交點決定了Q的導通時刻。圖(b)為Q的脈沖示意圖同一橋臂上Q與Q的脈沖是互補的。圖(c)為Q的脈沖示意圖同一橋臂上Q與Q的脈沖是互補的。???TMSF軟件控制流程這部分的軟件主要分成塊即主程序T下溢中斷T下溢中斷和同步中斷。流程圖如圖所示。T下溢中斷每μs發生一次程序主要用來生成PWM波T下溢中斷每ms發生一次程序主要用來產生電流指令同步中斷大約每ms(網壓周期)發生一次。圖?軟件流程圖?系統保護本系統設計有直流側過壓、欠壓交流側過流過熱等多種保護。當出現太陽能電池板的輸出電壓過壓、欠壓故障的時候由TMSF向SG發出一個信號封鎖DCDC的脈沖使其停止工作當檢測到直流電壓恢復正常時DCDC又自動復位開始工作當出現交流過流、過熱故障時程序進入中斷服務子程序封鎖所有驅動信號。當故障排除后手動復位系統重新啟動。?主要元器件選擇與實驗波形推挽式電路MOS管選用的是IRFP(耐壓V漏源額定電流為A)。橋式逆變電路MOS管選用的是IRFPC(耐壓V漏源額定電流為A)。DCDC濾波電感L選用mH,DCAC濾波電感L選用mH。圖是逆變器輸出側并網時電壓和電流的波形。電網側電壓為±%電流的有效值為A左右。?結語本文闡述了一種小功率光伏并網逆變器的控制系統。DCDC控制器的拓撲結構采用推挽式電路是用芯片SG來控制的該電路有效地防止了偏磁DCAC逆變器為全橋逆變電路是用DSP來控制的由于DSP的運算速度比較高因此逆變器的輸出電流能夠很好地跟蹤電網電壓波形。該光伏并網逆變器控制方案的有效性在實驗室得到驗證。該控制系統能確保逆變電源的輸出功率因數接近輸出電流為正弦波形。

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