小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)正弦波逆變器設(shè)計(jì)

摘要：為了提高小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)輸出電能質(zhì)量，設(shè)計(jì)了高效、可靠、低成本的正弦波逆變器。主電路由推挽升壓變換器和單相逆變橋組成，采用高頻變壓器實(shí)現(xiàn)電壓比調(diào)整和電氣隔離，降低了噪聲，提高了效率、減小了輸出電壓紋波。逆變器功率開關(guān)管采用了RCVD緩沖電路，確保逆變橋安全工作?？刂撇糠植捎眉擅}寬調(diào)制芯片SG3524和正弦函數(shù)發(fā)生芯片ICL8038實(shí)現(xiàn)正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)，簡單可靠、易于調(diào)試。實(shí)驗(yàn)樣機(jī)體積減小到傳統(tǒng)逆變器的1／4，效率達(dá)到86％。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明輸出電壓波形失真度小于5％，在復(fù)雜的工況下實(shí)現(xiàn)了220 V／50 Hz的市電輸出。
關(guān)鍵詞：正弦波逆變器；小型風(fēng)力發(fā)電；脈沖寬度調(diào)制；推挽電路；單相逆變橋

戶用小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出電壓儲存在24 V、32 V或48V等的蓄電池中，這就使許多交流電器無法直接配套使用。為了解決這一問題，就需要在小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中配置逆變器，將直流電變?yōu)?20 v／50 Hz的交流電輸出，以滿足交流電器的需要。正弦波逆變技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中是一個(gè)極其關(guān)鍵的技術(shù)，它承擔(dān)著將直流電調(diào)制成穩(wěn)壓穩(wěn)頻的交流電直接供給負(fù)載或安全并聯(lián)到交流電網(wǎng)的任務(wù)。由于小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)使用的工況十分復(fù)雜，逆變器作為系統(tǒng)的最末一級變換裝置，其品質(zhì)的好壞直接影響整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的投資和性能。因此，正弦波逆變技術(shù)的性能直接決定著風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的推廣和應(yīng)用。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1．1 系統(tǒng)構(gòu)成及逆變器主電路
1．1．1 系統(tǒng)構(gòu)成
小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)逆變器主要組成包括：主電路、輸入電路、輸出電路、控制電路、輔助電源和保護(hù)電路，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

逆變主電路輸入為直流電由蓄電池提供。輸出電路一般包括輸出濾波電路，對于開環(huán)控制的逆變系統(tǒng)，輸出量不用反饋到控制電路，面對于閉環(huán)控制的逆變系統(tǒng)，輸出量還要反饋到控制電路。控制電路的功能是按要求產(chǎn)生和調(diào)節(jié)一系列的控制脈沖來控制逆變開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷，從而配合逆變主電路完成逆變功能。在逆變系統(tǒng)中，控制電路和逆變電路具有同樣的重要性。輔助電源的功能是將逆變器的輸入電壓變換成適合控制電路工作的直流電壓。保護(hù)電路主要實(shí)現(xiàn)過壓欠壓保護(hù)、過載保護(hù)、過流和短路保護(hù)。
1．1．2 主電路
戶用風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要用戶是西部偏遠(yuǎn)地區(qū)的農(nóng)牧民，那里環(huán)境比較惡劣，技術(shù)條件相對薄弱。因此所選拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)必須穩(wěn)定可靠，技術(shù)相對比較成熟；考慮到那里的經(jīng)濟(jì)條件，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也必須具有成本低、效率高的特點(diǎn)。綜合考慮上述因素，主電路采用單向電壓源高頻環(huán)節(jié)逆變電路，該電路結(jié)構(gòu)主要采用高頻設(shè)計(jì)思想，省掉了體積龐大且笨重的工頻變壓器，降低了整個(gè)逆變電路的噪聲，而且該電路具有變換效率較高、輸出電壓紋波小等特點(diǎn)。
它包括直流升壓部分和直交變化兩部分。其中直流升壓部分為推挽電路結(jié)構(gòu)，直交變化采用全橋逆變結(jié)構(gòu)。主電路如圖2所示。