近年來，隨著經濟和社會(hui) 的迅速發展，我國的能源供需缺口不斷擴大，能源供應緊張。不僅(jin) 如此，我國麵臨(lin) 能源和環境的雙重巨大壓力，保持清潔、經濟、充足、安全的能源供應是我國經濟發展長期需要麵對的重要問題。取之不盡的清潔能源是根本解決(jue) 我國能源問題的主要途徑之一。目前風能、太陽能、生物能的部分技術已逐漸成熟，有望成為(wei) 解決(jue) 我國能源缺口和環境汙染的重要途徑

　　鑒予這種情況，對用於(yu) 風力發電的逆變電源的研究有很大的現實意義(yi) 。逆變電源也是一種產(chan) 生交流電的裝置，具有以下優(you) 點；變頻，逆變電源能將市電轉換為(wei) 用戶所需頻率的交流電；變相，逆變電源能將單相交流電轉換成三相交流電，也能將三相交流電轉換成單相交流電；逆變電源能將直流電轉換成交流電；逆變電源能將低質量的市電轉換成高質量的穩壓穩頻的交流電。也正由於(yu) 這些特點逆變電源將取代旋轉型變流機組。

　　1 係統硬件

　　用於(yu) 風力發電的逆變電源的係統框圖如圖1所示，它由主電路和控製電路兩(liang) 部分組成。其中，控製電路以DSP為(wei) 核心，驅動電路、保護屯路、通信顯示電路以及采樣反饋等電路均為(wei) 控製電路的外圍電路。

　　2 電路的設計

　　風力發電逆變電源的主電路圖如圖2所示，主要包括整流濾波部分、逆變吸收部分、變壓器及濾波電路等，其中逆變吸收部分是整個(ge) 主電路的核心。本文采用的逆變器為(wei) 單相全橋逆變電路，當輸出交流側(ce) 接阻感負載時需要提供無功功率，因此在每個(ge) IGBT的集電極與(yu) 發射極間並聯了快恢複二極管，以便為(wei) 無功功率提供通道，為(wei) 了防止逆變器因死區時間不合適造成上下橋臂直通短路、輸出負載端短路或者變壓器嚴(yan) 重偏磁飽和時導致的初級組過流等現象，需在逆變橋前串一個(ge) 熔斷器，以起保護作用。整流濾波部分主要給逆變橋提供無波紋的直流輸入電壓。吸收電路主要用於(yu) 吸收因直流母線分布電感的存在，導致的開關(guan) 管關(guan) 斷時產(chan) 生的尖峰電壓。變壓器主要用於(yu) 電氣隔離或變壓。

　　主電路的工作原理如下

　　(1)假設Q1，Q4先導通，則吸收電路中C3，C6上的電壓為(wei) 逆變器的輸入端電壓Ud，方向為(wei) 上正下負；由於(yu) Q1，Q4導通時管壓降近似為(wei) 零，故二極管 D5，D8上的電壓也為(wei) 逆變器的輸入端電壓Ud，但方向為(wei) 上負下正。Q2，Q3上的電壓為(wei) 逆變器的輸入端電壓Ud，方向為(wei) 上正下負，二極管D6，D7上的電壓為(wei) 零。

    (2)當Q1，Q4關(guan) 斷時，由於(yu) 直流母線分布電感的存在，使得IGBT在關(guan) 斷過程中產(chan) 生很大的尖峰電壓；當Q1，Q4上的電壓超過Ud時，尖峰電壓會(hui) 分別通過C3，R3和C6，R2放電，尖峰電壓全部耗在電阻上，待吸收電路放電結束後，Q1，Q4完全關(guan) 斷。此時，Q2，Q3還沒開通，Q1～Q4上的電壓為(wei) Ud／2。此時C3，C4，C5，C6上的電壓為(wei) Ud，方向為(wei) 上正下負，二極管D5～D8上的電壓為(wei) Ud／2，方向為(wei) 上負下正。

　　(3)當Q1，Q4關(guan) 斷後，若仍未開通Q2，Q3，則電流會(hui) 經Q2和Q3的集電極與(yu) 發射極並聯的二極管續流，Q1，Q4上的電壓為(wei) Ud；Q2，Q3上的電壓為(wei) 零。C3～C6上的電壓為(wei) Ud，方向為(wei) 上正下負；二極管D5，D6上的電壓為(wei) 零；二極管D6，D7上的電壓為(wei) Ud，方向為(wei) 上負下正。

　　(4)二極管續流直到電流減小為(wei) 零時，可開通Q2，Q3，吸收電路中各處電壓不變。

　　3 控製電路的設計

　　3．1 主控芯片選擇

　　該設計采用DSP對逆變電源PWM波部分、死區部分、電壓有效值外環及電容電流瞬時值最內(nei) 環實現全數字化。電壓瞬時值內(nei) 環及電容電流瞬時值最內(nei) 環要求對逆變電源實現實時控製。並且本文所用的開關(guan) 頻率較高，所以對DSP的主頻要求也較高，並且要求DSP具有方便快捷的事件管理模塊，於(yu) 是本文選用TI公司的TMS320LF2407A DSP處理器作為(wei) 主控芯片。TMS320LF2407A有以下特點；改進的哈佛結構；靈活的指令係統；高速運算能力；大容量存儲(chu) 能力；有效的性價(jia) 比。主要的應用領域包括：工業(ye) 電機驅動、逆變電源、功率轉換器和控製器、汽車係統、儀(yi) 表和壓縮機電機控製、機器人和計算機數字控製機械。

　　TMS320LF2407A具有2個(ge) 事件管理器，32位中央算數邏輯單元，32位累加器，16位×16位乘法器，3個(ge) 比例移位器，間接尋址用的8個(ge) 16 b輔助寄存器和輔助算數單元，4級流水線操作，8級硬件操作，6個(ge) 可屏蔽中斷，544 word的片內(nei) DARAM和2 KB的片內(nei) SARAM，32 KB的片內(nei) FLASH程序存儲(chu) 器，64 KB程序存儲(chu) 空間，35．5 KB的數據存儲(chu) 空間；I／O空間64 KB。此外，還有功能強大的外設、串行通信接口SCI、串行外圍皆空SPI、CAN總線控製器、事件管理器EV和A／D轉換器、看門狗WDT。

　3．2 驅動電路

　  對於(yu) IGBT來說，隻要驅動電路在柵極和發射極間提供正偏電壓，IGBT就會(hui) 導通。當+VGE增加時，開通時間和通態壓降減小，這有利於(yu) 減小通態損耗和開通損耗，但並不意味著+VGE越大越好。

　　當負載短路時，短路電流將隨著+VGE的增大而增大，並使IGBT承受短路電流的時間變短，因此+VGE的取值要適當，通常推薦使用+15 V。為(wei) 了保證IGBT承受短路電流的時間變短，也為(wei) 了保證IGBT在C，E間出現dv／dt噪聲時能可靠關(guan) 斷，必須在柵極與(yu) 發射極關(guan) 斷時施加一個(ge) 負偏壓 -VGE。采用負偏壓還可以減小關(guan) 斷損耗。負偏壓-VGE一般取-5 V左右為(wei) 宜。另外，為(wei) 了使IGBT工作在理想狀態下，選擇合適的驅動電路尤為(wei) 重要。

　　3．3 保護電路的設

　　保護電路是傈證電源係統穩定、可靠、安全工作的關(guan) 鍵。根據實際需要，設計了許多保護電路，使得本逆變電源能更好地完成任務，並提高電源的安全性和可靠性。係統設計了過流保護、欠壓保護、溫度保護，以及輸出過壓保護反饋，一旦出現上述任意異常狀況，首先通過硬件保護電路迅速封鎖DSP的PWM輸出信號，同時，引起DSP功率驅動保護中斷輸入引腳上的電平跳變，程序執行相應中斷，並進一步在軟件中斷程序中封鎖所有的驅動信號。係統中設定過載／過流保護和短路保護為(wei) 不可自恢複的保護，即一旦發生過載、過流或者短路現象，係統將自動關(guan) 閉，無輸出，直到人為(wei) 的重新啟動開關(guan) 為(wei) 止。係統中設定的過熱保護、欠壓保護、過壓保護為(wei) 可自恢複的保護，即一旦發生故障，隻要恢複正常的工作條件係統就可以自動正常運行。

　　4 軟件設計

　　通過對DSP編程來控製整個(ge) 係統工作。通過係統初始化子程序對各個(ge) 參數、寄存器等進行設定。對主電路的控製，逆變輸出50 Hz交流電。編程采用順序結構，使調用子程序方便。在整個(ge) 工作過程中，能隨時對電流、電壓進行測量比較，一旦出現欠壓、過流等故障，將及時報警，並通過子程序顯示在LED屏上。主程序及中斷子程序如圖4、圖5所示。

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　　5 結語

    考慮到該逆變電源的工作要求，本文在設計的過程中加入了卸荷接口及蓄能部分，使其能很好地應對隨時變化的風力。經過多次試驗測試表明，該電源能具有較高的穩定度，通過選擇不同的功率，既可以用於(yu) 輸出大功率的發電站，也可以用於(yu) 普通用戶。