光伏逆变电源系统的设计

技术分类: 电源技术  | 2006-02-13
来源:中国电源网 | 李德宝

        逆变器的工作方式采用SPWM控制方式,预先将0~360°的正弦值制成表格预存在EPROM中。开关模式信号是利用正弦波参考信号与一个三角载波信号互相比较来生成的,主要有单极性和双极性两种类型,在开关频率相同的情况下,由于双极性SPWM控制产生的正弦波,其中的谐波含量和开关损耗均大于单极性,故本系统采用的是单极性SPWM控制。

        1.2.2    控制核心    

        图4是系统的控制框图,控制芯片80C196MC是INTEL公司继MCS96之后,于1992年推出的真正16位单片机,其数据处理能力更强,指令的执行速度更快,尤其是其内部集成了最具特色的三相波形发生器(WG)单元,大大简化了用于SPWM波形发生的软件和外部硬件,从而使整个系统结构更加简单。为了使输出信号和它的互补信号不致同时有效,在芯片的内部设有死区发生器电路,从而避免了同一桥臂上的IGBT上下直通,保护了IGBT。

 控制框图

图4    控制框图

        1.2.3    系统稳压控制    

        为了提供满足精度要求的电压,必须采取相应的系统稳压控制方法,其控制框图见图5。

系统稳压控制框图

图5    系统稳压控制框图

        稳压控制是通过在80C196MC的片内外设装置——波形发生器(WG)产生中断来实现的,其中反馈电压的测取是在中断时完成的。其控制方式采用反馈控制和前馈控制相结合的复合控制方式。再者,本系统在常规数字PI调节器的基础上,提出了分段变系数PI调节器,即当系统的偏差较大时,积分系数(KI)和比例系数(KP)较大;当系统的偏差较小时,积分系数和比例系数也较小。所以,这种控制方式既可保证系统的动态响应速度,又能满足一定的静态稳压精度。    

        完整的主电路拓朴结构如图6所示。

主电路拓朴结构

图6    主电路拓朴结构

        2    系统的软件设计

        本系统软件采用模块化设计,包括主程序模块、WG模块、PI调节模块和MPPT模块等。

        其中主程序模块完成系统的初始化,各单元赋初值,判断有无运行信号及对各种故障的判断。同时,为避免启动时出现过大的峰值电流,系统采用软启动方式,使输出电压呈斜坡上升至给定值。

        WG中断模块主要是从正弦表中取出相应的正弦值,然后送入WG-COMPX寄存器,从而得到不同脉宽的SPWM波。

        PI调节模块主要是使系统输出电压在突加负载时迅速稳定为220V。

        MPPT模块主要是完成太阳电池的最大功率点跟踪。

        3    试验结果    

        基于上述控制思想,已成功研制出一系列大功率样机。对于10kW的样机,其效率η≥85%,频率精度≤0.1%,输出电压精度≤0.5%,其空载和带负载时的电压波形分别如图7和图8所示。

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