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數(shù)字信號(hào)控制器在太陽(yáng)能逆變器中的應(yīng)用

作者: 時(shí)間:2011-10-19 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

1、(DSC)是控制系統(tǒng)的核心

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/178506.htm

  (DSC)平臺(tái)是能將微(MCU)的控制外設(shè)和—流的DSP(數(shù)字處理)技術(shù)的處理能力與經(jīng)濟(jì)性相結(jié)合,其特點(diǎn)是簡(jiǎn)便易用。如今TI、Microchip等公司提供了DSP的高性能及微控制器集成與易用性,優(yōu)異的處理能力、中斷處理功能、控制特定外設(shè)集成能力與經(jīng)濟(jì)性的獨(dú)特組合為控制系統(tǒng)提供了實(shí)質(zhì)性的益處。通過(guò)這些優(yōu)勢(shì),諸如改善的系統(tǒng)效率及增加的創(chuàng)新性能,能夠采用更少的外部組件,更低的成本,為空間受限的推出極小化封裝產(chǎn)品。

  如今把握當(dāng)前國(guó)內(nèi)外受關(guān)注的綠色環(huán)保概念,開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)光伏組件及光伏系統(tǒng),并不斷開(kāi)發(fā)適合國(guó)際、國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求的系列產(chǎn)品,是符合“讓太陽(yáng)發(fā)電,地球更清潔,造福人類(lèi)”的宗旨。而作為數(shù)字信號(hào)控制器(DSC)在其開(kāi)發(fā)上可謂是恰到好處并且是多方面的,如綠色能源、數(shù)字電源、照明、家用電器、工業(yè)控制、車(chē)載產(chǎn)品、醫(yī)療及計(jì)量等?;跀?shù)字控制器的技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì),本文將對(duì)DSC技術(shù)在中的應(yīng)用作分析說(shuō)明。既然是在太陽(yáng)能中應(yīng)用,為此應(yīng)對(duì)與太陽(yáng)能有關(guān)的理念先作介紹。

  2、與太陽(yáng)能有關(guān)理念

  太陽(yáng)能光伏組件及太陽(yáng)能光伏系統(tǒng),其產(chǎn)品生產(chǎn)從單晶硅棒、硅片、電池片到組件,并在系統(tǒng)工程的設(shè)計(jì)與集成獲得了迅速發(fā)展并在新能源發(fā)電、電力、通信、消防、航空和車(chē)船等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。

  2.1太陽(yáng)能光伏技術(shù)

  太陽(yáng)能是各種可再生能源中最重要的基本能源,通過(guò)轉(zhuǎn)換裝置把太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換成電能利用的屬于太陽(yáng)能光發(fā)電技術(shù),光電轉(zhuǎn)換裝置通常是利用半導(dǎo)體器件的光伏效應(yīng)原理進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的,因此又稱(chēng)太陽(yáng)能光伏技術(shù)。光伏電池的基本特征為:當(dāng)光線照射太陽(yáng)電池表面時(shí),一部分光子被硅材料吸收,光子的能量傳遞給硅原子,使電子發(fā)生躍遷成為自由電子,在P-N結(jié)兩側(cè)集聚形成了電位差,當(dāng)外部接通電路時(shí),在該電壓的作用下,將會(huì)有電流流過(guò)外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。這個(gè)過(guò)程的實(shí)質(zhì)是:光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過(guò)程。圖1(a)為光伏電池框圖。

光伏電池框圖

  圖1 (a)光伏電池框圖;

并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)組成框圖

(b)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)組成框圖;

獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)組成框圖

(c)獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)組成框圖

  2.2光伏發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成與類(lèi)型

  一套基本的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)是由太陽(yáng)能電池板、控制器、和蓄電池構(gòu)成。光伏發(fā)電系統(tǒng)有兩大類(lèi):并網(wǎng)發(fā)電和獨(dú)立發(fā)電。并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)為太陽(yáng)能電池方陣發(fā)出的電能經(jīng)過(guò)并網(wǎng)逆變器將電能直接輸送到交流電網(wǎng)上,或?qū)⑻?yáng)能所發(fā)出的電經(jīng)過(guò)并網(wǎng)逆變器直接為交流負(fù)載供電,圖1(b)為并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)組成框圖;獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)為太陽(yáng)能電池方陣發(fā)出的電能經(jīng)蓄電池充電并經(jīng)過(guò)逆變器將直流轉(zhuǎn)換成交流電,圖1(c )為獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)組成框圖。

  應(yīng)該說(shuō)太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)可在太陽(yáng)能風(fēng)力發(fā)電控制器、逆變電源、并網(wǎng)逆變電源等多種綠色能源得到廣泛應(yīng)用。值此重點(diǎn)對(duì)DSC技術(shù)在太陽(yáng)能逆變器中應(yīng)用作分析。

  3、太陽(yáng)能逆變器系統(tǒng)應(yīng)用方案

  3.1問(wèn)題的提出

  全球范圍內(nèi)能量的未來(lái)獲取方式是一個(gè)新興的焦點(diǎn)問(wèn)題。礦物燃料的多個(gè)替代解決方案已經(jīng)展開(kāi)研究,并將在全球各地區(qū)進(jìn)入了工業(yè)化的生產(chǎn)過(guò)程。光伏并網(wǎng)發(fā)電是將太陽(yáng)能電池陣列所發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟婐佀碗娋W(wǎng),是太陽(yáng)能發(fā)電走向可持續(xù)發(fā)展的必由之路。

  太陽(yáng)能是最廣泛的替代能源之一,其重點(diǎn)放在光伏(PV)系統(tǒng)的交付上,這包括用于電力公用事業(yè)、商用建筑以及個(gè)人住宅的高性能太陽(yáng)能逆變器。逆變器是整個(gè)太陽(yáng)能系統(tǒng)的關(guān)鍵部件,可將PV電池的可變DC電壓輸出轉(zhuǎn)換成清潔的50Hz或60 Hz正弦電流,適用于商用電網(wǎng)或本地電網(wǎng)供電。

  作為光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)(如組合型),整個(gè)系統(tǒng)由控制系統(tǒng)和功率主電路兩部分組成。功率主電路使用大功率智能功率模塊IPM,控制系統(tǒng)以DSP為核心,檢測(cè)直流側(cè)及網(wǎng)側(cè)的電量信號(hào),通過(guò)最大功率尋優(yōu),電壓、電流調(diào)節(jié),以及空間矢量PWM波形發(fā)生控制,向功率驅(qū)動(dòng)回路發(fā)出控制指令,將太陽(yáng)能直流轉(zhuǎn)換單元輸出的直流電變換成交流電,并回饋至電網(wǎng)。

  太陽(yáng)能并網(wǎng)逆變器是并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的核心部分,其主要功能是將太陽(yáng)能電池板發(fā)出的直流電逆變成單相交流電,并送人電網(wǎng)。為此有必要對(duì)逆變電源技術(shù)特征作說(shuō)明。

  3.2何謂逆變電源

  逆變電源是將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姷难b置,是太陽(yáng)能、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的核心部件。根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)情況分為:太陽(yáng)能、風(fēng)力發(fā)電專(zhuān)用正弦波逆變電源;經(jīng)濟(jì)型太陽(yáng)能、風(fēng)力發(fā)電控制逆變一體機(jī);太陽(yáng)能并網(wǎng)逆變電源與風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)逆變電源等四類(lèi)。而其太陽(yáng)能、風(fēng)力發(fā)電專(zhuān)用正弦波逆變電源是太陽(yáng)能、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的核心部件,該電源針對(duì)新能源發(fā)電系統(tǒng)的特點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)制造,主要應(yīng)用于太陽(yáng)能電站,風(fēng)力發(fā)電站,風(fēng)、光、油、蓄互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)和戶用太陽(yáng)能供電系統(tǒng)。其工作原理可由框圖2表示。

  圖2 逆變電源基本工作框圖

  其性能特點(diǎn)為:DSP芯片控制,智能功率模塊組裝,純正弦波輸出,輸出穩(wěn)壓、穩(wěn)頻,具有過(guò)壓、欠壓、過(guò)載、短路、輸入極性接反等各種保護(hù)功能,而逆變效率≥85%,具有交流旁路功能,輸入輸出優(yōu)異的EMI/EMC指標(biāo),可配備RS232/485接口,具有高可靠性、高效率。

  3.3太陽(yáng)能并網(wǎng)逆變電源

  太陽(yáng)能并網(wǎng)逆變電源基本設(shè)計(jì)方案可用框圖3(a)表示。

  圖3 (a) 太陽(yáng)能并網(wǎng)逆變電源基本設(shè)計(jì)方案框圖;

(b) 以TMS320C2000 DSP為控制系統(tǒng)的太陽(yáng)能并網(wǎng)逆變電源設(shè)計(jì)方案示意框圖

  該設(shè)計(jì)方案的性能特點(diǎn)為:DSC芯片控制,智能功率模塊組裝;MPPT(住宅用運(yùn)行在最大功率點(diǎn)附近,即MPPT工作方式)控制,適時(shí)追蹤太陽(yáng)能電池板的最大輸出功率;純正弦波輸出,自動(dòng)同步并網(wǎng),電流諧波含量小,對(duì)電網(wǎng)無(wú)污染、無(wú)沖擊;具有擾動(dòng)檢出技術(shù),實(shí)現(xiàn)運(yùn)行控制;采用LCD、LED顯示功能,其保護(hù)和報(bào)警功能齊全;RS232/485通訊,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視;具有并網(wǎng)/獨(dú)立運(yùn)行功能。

  技術(shù)指標(biāo):功率(例如1kW-50kW):輸入直流電壓(200V-400V),輸出諧波失真率≤5%,過(guò)載能力150%、10秒,逆變效率>92%,使用環(huán)境溫度-25℃~ +55℃。


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