第五章新能源发电中的逆变电源技术介绍.ppt

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* 在光伏并网发电逆变电源中,为了保证并网电流和电网电压严格同频、同相(只有在功率调节器中出于无功功率补偿的需要,才可控地实现一定的相位差),必须使用锁相环(PLL――Phase-Locked Loop)。 锁相环是指能够自动追踪输入信号频率与相位的闭环控制系统。 * 1932 年,由DeBellescize 所提出的同步检波理论,他本人率先发表了对锁相环概念的描述,但并未引起普遍重视。 1947年,锁相环才第一次被应用于电视接收机水平和垂直扫描的同步技术。由于技术相对复杂及成本较高,当时主要应用于太空领域。 七十年代,随著半导体及相关电路技术的发展,逐渐出现了多种单片锁相环芯片,逐渐降低了成本,为锁相技术的进步和发展提供了条件。 随著数字技术的发展,出现多种数字式PLL,目前高集成度的PLL也已在电机转速控制、电网频率调整、电力系统自动化、雷达技术、较为复杂的家用电器及其它一些高技术领域中得到广泛的应用,在光伏并网发电系统中它同样具有十分重要的作用。 * 模拟锁相环(APLL) 数字锁相环(DPLL) 混合锁相环(HPLL) 软件锁相环(SPLL) APLL、DPLL、HPLL都是以硬件方式实现锁相功能的,有着较为复杂的硬件电路,还遇及一些硬件难以克服的难题,如直流零点漂移、器件饱和、必须初始校准等。基于以上原因,软件锁相技术(SPLL)作为一种较新的研究课题越来越受到重视。 * SPLL的基本组成如图所示,输入信号是经过整形的 TTL电平信号。鉴相软件可以识别出软件计数器输出的取样信号相位与输入信号相位之间的相位差;环路滤波软件控制着环路相位校正的速度与精度;PCC为可编程控制计数器,也可将其称为本地受控定时器,其计数周期受环路滤波软件的控制。 * F240芯片的捕获单元可以记录捕获输入引脚上的电平转换。 1、2、3、4四个捕获单元都有一个相应的捕获输入引脚。每个捕获单元均可选择GP定时器2或3作为其时间基准。 当在捕获输入引脚CAPx上检测到一个设定的转换时,GP定时器2或3的值被捕获并存储在相应的2级深度FIFO堆栈中。用户可自定义转换检测(上升沿、下降沿或两者均检测),捕获操作不影响与任何GP定时器对应的任何GP定时器操作。 从一个捕获输入的转换发生到选定GP定时器的计数器值被锁入的延迟为3.5~4.5个CPU时钟周期。 * 锁相环的实质就是以Tref和Tin两个值作为参考输入和反馈输入,通过“锁相调节器”使输出到TPR中的值与参考输入Tref保持一致。其原理框图如下所示: 由于周期(或频率)与相位之间满足简单的积分关系,而周期(或频率)的检测在技术上较相位检测方便,因此在实际系统中往往取周期(或频率)为独立变量。 * 软件锁相的具体实现由输入信号硬件采样和锁相软件配合实现。 锁相环的输入信号为电网电压采样后通过硬件电路整形成的与其同步的TTL方波信号。将该方波信号送入F240的CAP1引脚,F240内部软件为CAP1口分配一个计数时基,同时设定该时基为递增计数模式,只捕捉TTL信号的上升沿,这样每个电网电压周期都会在00相位处使得F240产生一次CAP中断。 软件设定每次CAP中断时复位计数器为0重新计数,这样CAP中断检测出了电网电压周期值和相位。 * 环路滤波程序即软件锁相算法,实现Tin对Tref的跟踪功能。 环路滤波程序实时改变F240中SPWM载波周期寄存器TPR的值,可以实现输出并网电流的相位实时跟踪电网电压相位变化,从而达到相位跟踪的目的。 在并网系统中,根据F240的EV模块产生SPWM波的原理,EV模块及逆变器环节可理解为模拟锁相环中的压控振荡器。 * 主要产生于逆变变压器和电抗器内的电磁力振动噪声,其频带在人的听觉范围内的。 原因:电流控制方式、开关频率、电抗器、变压器的设计和加工工艺。 * 原因:  并网电流波形叠加SPWM高频开关噪声,同时,由于大的电流变化率,系统存在高频电磁辐射。 解决办法: a.输出采用有效的高频带阻滤波器或限波器。 b.注意主电路功率器件布局、母线结构、机柜结构等。 * 3. 逆变电源技术 在风光互补发电系统中的应用 * 目前我国现有的无电用户数量仍然很大,估计在700万户,3000万人左右,60%以上的有电县严重缺电,而且大部分分布在西北五省区以及内蒙古、西藏、云南、海南、四川等地区161。这些地区缺乏常规能源,也少有技术、经济上可开发利用的小水电资源,同时远离大电网。 另一方面,在这些地区架设常规电网造价昂贵,不具备竞争力。 但是很多这些地区的太阳能、风能资源非常丰富,具有利用风能、光伏发电解决其基本生活用电和少部分生产用电的自然资源条件。 风/光互补发电系统的应用不仅有利于改善当地农牧民、岛屿居民的生活,对于当地的环境保护也具有重要的现实意义

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