文档介绍：离网型可再生能源发电系统逆变器的研究
随着国家能源政策的调整,可再生能源发电成为研究的热点,离网型可再生能源发电对边远地区供电具有投资少、运行费用低等优点。本文对离网型可再生能源发电系统中的核心设备逆变器进行了深入的研究,利用正弦波脉宽调制(SPWM)技术,采用模糊PID控制策略,开发出了一种新型的高频逆变器。
 【关键词】可再生能源发电 逆变器 正弦波脉宽调制(SPWM) 模糊PID控制
 
偏远地区,电力供应困难,为了解决居民用电问题,2002年我国实施了“送电到乡”工程,并且取得了一定成效,在此成功的基础上启动了“送电到村(户)工程”。由于偏远地区供电半径大,用户负荷小,利用电网延伸的方法供电成本大,为节省投资及运行费用,一些地区的供电方案采用可再生能源发电离网运行,如风力发电、光伏发电及风光互补联合发电。
离网运行的可再生能源发电系统的工作原理是将发电单元发出的不稳定的交流电(小型风力发电)整流变为直流电,或将低电压的直流电(光伏发电)向蓄电池储能,再由逆变器将蓄电池中储存的直流电逆变为交流电供负荷使用,所以供电的可靠性及电能质量主要取决于逆变器的性能,逆变器是整个系统的核心部件。可再生能源发电使用的第一代工频逆变器体积大、笨重并且价格高,无论在满负荷还是在轻负荷下运行损耗比较大,效率也比较低。目前,国内外技术人员对高频逆变器技术的研究方兴未艾,笔者利用正弦波脉宽调制(SPWM)技术,采用模糊PID控制策略,开发出了一种新型的高频逆变器。
1 正弦波脉宽调制技术(SPWM)
常用逆变器基本形式按控制技术分类,可分为调频式(PFM)逆变器和调脉宽式(PWM)逆变器。脉宽调制技术(Pulse Width Modulation—PWM)是指利用全控型电力电子器件的导通和关断把直流电压变成一定形状的电压脉冲序列,实现变压、变频控制并且消除谐波的技术,简称PWM技术。采用PWM方式构成的逆变器,其输入为固定不变的直流电压,可以通过PWM技术在同一逆变器中既实现调压又实现调频。
调制信号为正弦波的脉宽调制叫做正弦波脉宽调制(SPWM),产生的脉宽调制波是幅值相等但宽度不等的脉冲序列,正弦脉宽调制波的THD小,低次谐波含量小,输出滤波器体积和重量亦明显减小,根据输出滤波器的前端电压SPWM波的极性,正弦脉宽调制可分为单极性和双极性调制两种。
双极性正弦脉宽调制中调制参考波是幅值为的正弦波,高频载波为双极性三角波,无论在的正半周还是负半周,当瞬时值>时,输出正值电压;当瞬时值<时,输出负值电压。这样,输出电压由多个不同宽度的双极性脉冲电压组成。如图1-1所示。
图1-1 双极性正弦脉宽调制波形
 
在SPWM方法中,参考波频率决定了输出频率,载波频率决定了每半周期的脉冲数。通过改变参考正弦波幅值改变调制度,可以改变输出电压的有效值。设载波比为,则每半个周波中正脉冲和负脉冲共有N个,固定三角载波频率,改变,即可改变输出交流电压的频率。
SPWM控制就是确定逆变器功率开关器件的开关时刻,以实现其输出波形中要求的基波含量为最大,尽量抑制其它高次谐波含量。该控制方式可以用模拟电路、数字电路或专用的大规模集成电路芯片等硬件实现,也可以用微处理器通过软件生成SPWM波形,本文采用MCS—51单片机和MITEL公司的SA4828芯片。
2 逆变