數字信號控制器在太陽能逆變器中的應用

　　1、數字信號控制器(DSC)是數字控制系統(tǒng)的核心

　　數字信號控制器(DSC)平臺是能將微控制器(MCU)的控制外設和—流的DSP(數字信號處理)技術的處理能 力與經濟性相結合，其特點是簡便易用。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、 控制特定外設集成能力與經濟性的獨特組合為控制系統(tǒng)提供了實質性的益處。通過這些優(yōu)勢，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，為空間受限的應用推出極小化封裝產品。

　　如今把握當前國內外受關注的綠色環(huán)保概念，開發(fā)與生產太陽能光伏組件及太陽能光伏系統(tǒng)，并不斷開發(fā)適合國際、國 內市場需求的系列應用產品，是符合“讓太陽發(fā)電，地球更清潔，造福人類”的宗旨。而作為數字信號控制器(DSC)在其開發(fā)應用上可謂是恰到好處并且是多方 面的，如綠色能源、數字電源、照明、家用電器、工業(yè)控制、車載產品、醫(yī)療及計量等?；跀底挚刂破鞯募夹g在工業(yè)應用中的優(yōu)勢，本文將對DSC技術在太陽能 逆變器中的應用作分析說明。既然是在太陽能逆變器中應用，為此應對與太陽能有關的理念先作介紹。

　　2、與太陽能有關理念

　　太陽能光伏組件及太陽能光伏系統(tǒng)，其產品生產從單晶硅棒、硅片、電池片到組件，并在系統(tǒng)工程的設計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、航空和車船等領域獲得廣泛應用。

　　2.1太陽能光伏技術

　　太陽能是各種可再生能源中最重要的基本能源，通過轉換裝置把太陽輻射能轉換成電能利用的屬于太陽能光發(fā)電技術， 光電轉換裝置通常是利用半導體器件的光伏效應原理進行光電轉換的，因此又稱太陽能光伏技術。光伏電池的基本特征為：當光線照射太陽電池表面時，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結兩側集聚形成了電位差，當外部接通電路時，在該電壓的作用下，將會有電流 流過外部電路產生一定的輸出功率。這個過程的實質是：光子能量轉換成電能的過程。圖1(a)為光伏電池框圖。

　　(a)

　　(b)

　　(c)

　　圖1 (a)光伏電池框圖;(b)并網發(fā)電系統(tǒng)組成框圖;(c)獨立發(fā)電系統(tǒng)組成框圖

　　2.2光伏發(fā)電系統(tǒng)的構成與類型

　　一套基本的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是由太陽能電池板、控制器、逆變器和蓄電池構成。光伏發(fā)電系統(tǒng)有兩大類：并網發(fā)電 和獨立發(fā)電。并網發(fā)電系統(tǒng)為太陽能電池方陣發(fā)出的電能經過并網逆變器將電能直接輸送到交流電網上，或將太陽能所發(fā)出的電經過并網逆變器直接為交流負載供 電，圖1(b)為并網發(fā)電系統(tǒng)組成框圖;獨立發(fā)電系統(tǒng)為太陽能電池方陣發(fā)出的電能經蓄電池充電并經過逆變器將直流轉換成交流電，圖1(c )為獨立發(fā)電系統(tǒng)組成框圖。

　　應該說太陽能光伏系統(tǒng)可在太陽能風力發(fā)電控制器、逆變電源、并網逆變電源等多種綠色能源得到廣泛應用。值此重點對DSC技術在太陽能逆變器中應用作分析。

　　3、太陽能逆變器系統(tǒng)應用方案

　　3.1問題的提出

　　全球范圍內能量的未來獲取方式是一個新興的焦點問題。礦物燃料的多個替代解決方案已經展開研究，并將在全球各地區(qū)進入了工業(yè)化的生產過程。光伏并網發(fā)電是將太陽能電池陣列所發(fā)出的直流電轉變?yōu)榻涣麟婐佀碗娋W，是太陽能發(fā)電走向可持續(xù)發(fā)展的必由之路。

　　太陽能是最廣泛的替代能源之一，其重點放在光伏(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 人住宅的高性能太陽能逆變器。逆變器是整個太陽能系統(tǒng)的關鍵部件，可將PV電池的可變DC電壓輸出轉換成清潔的50Hz或60 Hz正弦電流，適用于商用電網或本地電網供電。

　　作為光伏并網發(fā)電系統(tǒng)(如組合型)，整個系統(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，檢測直流側及網側的電量信號，通過最大功率尋優(yōu)，電壓、電流調節(jié)，以及空間矢量PWM波形發(fā)生控制，向功率驅動回路 發(fā)出控制指令，將太陽能直流轉換單元輸出的直流電變換成交流電，并回饋至電網。

　　太陽能并網逆變器是并網發(fā)電系統(tǒng)的核心部分，其主要功能是將太陽能電池板發(fā)出的直流電逆變成單相交流電，并送人電網。為此有必要對逆變電源技術特征作說明。3.2何謂逆變電源

　　逆變電源是將直流電轉變?yōu)榻涣麟姷难b置，是太陽能、風力發(fā)電系統(tǒng)的核心部件。根據產品設計情況分為：太陽能、風 力發(fā)電專用正弦波逆變電源;經濟型太陽能、風力發(fā)電控制逆變一體機;太陽能并網逆變電源與風力發(fā)電并網逆變電源等四類。而其太陽能、風力發(fā)電專用正弦波逆 變電源是太陽能、風力發(fā)電系統(tǒng)的核心部件，該電源針對新能源發(fā)電系統(tǒng)的特點來設計制造，主要應用于太陽能電站，風力發(fā)電站，風、光、油、蓄互補發(fā)電系統(tǒng)和 戶用太陽能供電系統(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，具有過壓、欠壓、過載、短 路、輸入極性接反等各種保護功能，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，可配備RS232/485接口，具有高可靠 性、高效率。

　　3.3太陽能并網逆變電源

　　太陽能并網逆變電源基本設計方案可用框圖3(a)表示。

　　(a)

　　(b)

　　圖3 (a) 太陽能并網逆變電源基本設計方案框圖; (b) 以TMS320C2000 DSP為控制系統(tǒng)的太陽能并網逆變電源設計方案示意框圖

　　該設計方案的性能特點為：DSC芯片控制，智能功率模塊組裝;MPPT(住宅用運行在最大功率點附近，即 MPPT工作方式)控制，適時追蹤太陽能電池板的最大輸出功率;純正弦波輸出，自動同步并網，電流諧波含量小，對電網無污染、無沖擊;具有擾動檢出技術， 實現(xiàn)運行控制;采用LCD、LED顯示功能，其保護和報警功能齊全;RS232/485通訊，實現(xiàn)遠程數據采集和監(jiān)視;具有并網/獨立運行功能。

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