单相正弦波逆变蓄电池并网放电装置的研制
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HERIC单相光伏并网逆变器无功调制及其直接功率控制刘斌;黄清宝;贺德强;宋绍剑;徐辰华;林小峰【摘要】随着可再生能源在单相电网中渗透率的提高,电网对单相光伏并网逆变器提出了无功输出与功率因数灵活控制的要求.对HERIC(Highly Efficient and Reliable Inverter Concept)拓扑的无变压器隔离型单相光伏逆变器进行研究,提出了相应的无功调制策略.借助广义二阶积分构造两相静止坐标系,基于瞬时无功功率理论,建立了单相光伏逆变器的瞬时功率模型,实现了单相光伏逆变器的直接功率控制.搭建了5 kW的实验平台,通过实验对所提的调制策略与控制策略进行了有效性与实用性验证.%With the increasing of penetration level of renewable energy in single-phase grid,grid-connected singlephase PV(PhotoVoltaic) inverters need to meet the demands of reactive power compensation and flexible power factor control.Firstly,the transformer-less isolated single-phase PV inverters with HERIC (Highly Efficient and Reliable Inverter Concept) topology are studied,and the corresponding reactive power modulation strategy for HERIC inverters is proposed.Then,two-phase static coordinate system is constructed for single-phase PV inverter based on SOGI(Second-Order Generalized Integrator).The instantaneous power model of single-phase PV inverters is established based on the instantaneous reactive theory,and a novel direct power control strategy for HERIC inverters is realized.Finally,experimental results with a 5 kW prototype validate the effectiveness and feasibility of the proposed reactive power modulation and direct power control strategy.【期刊名称】《电力自动化设备》【年(卷),期】2018(038)004【总页数】6页(P133-138)【关键词】HERIC;逆变器;单相光伏逆变器;无功调制;直接功率控制;瞬时无功功率理论【作者】刘斌;黄清宝;贺德强;宋绍剑;徐辰华;林小峰【作者单位】广西大学电气工程国家级实验教学示范中心,广西南宁530004;广西大学电气工程国家级实验教学示范中心,广西南宁530004;广西大学机械工程学院,广西南宁530004;广西大学电气工程国家级实验教学示范中心,广西南宁530004;广西大学电气工程国家级实验教学示范中心,广西南宁530004;广西大学电气工程国家级实验教学示范中心,广西南宁530004【正文语种】中文【中图分类】TM460 引言分布式单相光伏并网发电系统近年来得到了深入研究和大力推广,这使得分布式可再生能源在单相电网中的渗透率不断提升[1]。
基于EG8010-SPWM纯正弦波逆变器设计摘要:为满足风力发电系统对纯正弦波逆变器的要求,设计了一种以EG8010-SPWM为核心的逆变器。
主电路采用升压斩波电路和单相全桥逆变电路,降低了噪声,提高了效率。
控制电路采用EG8010-SPWM纯正弦波逆变发生器芯片,简单可靠、易于调试。
实验表明该逆变器输出电源稳定、安全、波形失真小,具有很好的应用前景。
引言普通逆变器一般包括方波逆变器和修正正弦波逆变,它们输出的电能谐波含量大、带负载能力差。
本文介绍一种基于EG8010的户用风力发电系统纯正弦波逆变器的设计。
逆变器的额定功率为300W,额定的输入电压为直流24V,输出为单向标准纯正弦电压220V±5%,频率范围50Hz±0.5%,具有过热、过载保护和输出过压保护。
系统整体方案设计户用风力发电系统纯正弦波逆变器主要由DC/DC转换电路、DC/AC逆变电路、输出电路、控制电路、驱动电路、辅助电源等构成,同时系统中还要对输出的电流和系统的温度进行反馈,监控过压、过流、欠压和过温情况,系统结构框图如图1所示。
工作原理叙述下:24V的直流电源通过DC/DC转换电路调制成所需要的高频直流电压和电流,为后面的逆变提供足够的功率。
利用EG8010-SPWM纯正弦波逆变器控制芯片电路产生的SPWM信号通过驱动电路控制功率器件的导通和关断,配合逆变电路,完成逆变过程,将直流电转化为220V/50Hz纯正弦波交流电。
保护电路实现过压欠压保护、过流和短路保护、过温保护和过载保护等。
辅助电源是将逆变器的输入电压变换成控制电路和驱动电路工作的。
SG5K光伏并网逆变器用户手册符号解释为确保用户在使用本产品时的人身及财产安全或高效使用本产品,手册中提供相关信息,并使用适当的符号加以突出强调。
以下列举本手册中使用符号,有助于更好地使用手册。
此符号标识如果不当操作则会造成重大伤害或设备重大损坏的注意事项或者说明。
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目录符号解释 (1)1 安全说明 (1)2 产品描述 (5)2.1正确用法 (6)2.2电气原理框图 (6)2.3性能特点 (7)3 安装 (9)3.1拆装检查 (10)3.2安装位置要求 (10)3.3机械安装 (11)3.4电气安装 (12)3.4.1安全说明 (12)3.4.2接线端子 (12)3.4.3电气连接示意图 (13)3.4.4电气连接要求 (14)3.4.5交流连线 (14)3.4.6直流连线 (14)3.4.7通讯连线 (15)4 LCD控制面板 (17)4.1 LCD面板 (18)4.2 LED指示灯 (18)4.3按键 (19)4.4液晶屏 (19)4.5运行模式 (20)5 试运行 (21)6 菜单操作 (23)6.1完整菜单界面图 (24)6.2初始上电界面 (25)6.3默认主界面 (25)6.4控制信息总界面 (26)6.5查看运行信息 (26)6.6查看故障记录 (28)6.7开机关机 (29)6.8参数设置 (30)6.8.1系统参数设置 (30)6.8.2运行参数设置 (32)6.8.3保护参数设置 (32)6.8.4通讯参数设置 (33)7 技术数据 (35)8 附录 (37)8.1质量保证 (38)8.2关于阳光 (39)1 安全说明关于本章介绍逆变器在安装、操作和维护时安全注意事项。
SG5K用户手册逆变器根据国际安全要求进行设计和测试,但同时作为一个电气和电子设备,在进行安装、操作和维护时需要遵守必要的安全说明。
基于单片机的逆变电源设计摘要:为了适应当今新能源发展速度,逆变电源技术也在不断更新换代。
本文介绍了一款基于STM32芯片的SPWM逆变电源系统。
采用BOOST升压技术和SPWM逆变技术,将180V的直流电转换成220V的工频优质正弦交流电。
直流电经过升压斩波电路进入控制电路,在经过LC低通滤波器,滤除高次谐波,得到频率可调的正弦波交流输出。
本系统由升压模块,逆变模块,控制模块,反馈模块,保护模块构成具有良好的性能并实现了数字智能化为家用电器提供了一种可靠、优质的交流电源。
关键词:STM32逆变电源SPWM升压斩波电路1.课题研究背景和意义在日新月异的今天,新能源的应用范围越来广阔,而对于如何将其所转化的电输入到电网或者设备所需要的稳压恒频、体积小、重量轻、噪音低、效率高的交流电成为了成为逆变电源研制领域所要解决的问题。
逆变电源是一种采用电力电子技术进行电能变换的装置,它的作用是将输入的高低不同压,大小不同频的电转化为电网、设备、用户所需频率的交流电输出。
目前逆变电源所跨领域之大,所涉范围之广逆变电源的改进不仅能在新能源中有着不可缺少的作用,还在车载电器、野外作业、应急抢险和移动办公中有着重要的地位;而各行各业要求着逆变电源朝着更高的效率,更低的成本和更高的可靠性,还必须环保无污染,但是传统的逆变电源难以实现以上要求。
因而研究数字化、模块化的绿色逆变电源技术对当今提出的节能,高效,绿色,环保工业口号实现具有重要意义。
1.课题研究内容本论文基于当前新能源发展活跃的背景下市场对逆变电源特定负载性能和外特性功能要求下,设计了一种还具备安全可靠、高效、高功率因素、低噪音、绿色无污染的基于STM32单片机芯片的逆变电源。
1.系统总体设计1.系统设计指标采用STM32单片机作为控制主控芯片来设计一款能产生可靠、优质的交流正弦逆变电源。
开关频率:21.5KHz输入电压:直流电48V输出电压:交流电220V/50Hz输出功率:5kw逆变效率:90%1.1.总体设计方案本文采用TL494芯片与 STM32芯片来分别控制前一部分直流升压电路和后一部分的逆变电路。
逆变器的基础知识随着现代科技的进步,逆变器的出现为大家的生活提供了不小的便利,逆变器是把直流电能(电池、蓄电瓶)转变成交流电(一般为220V,50Hz正弦波),它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成,广泛适用于空调、家庭影院、电动砂轮、电动工具、缝纫机、DVD、VCD、电脑、电视、洗衣机、抽油烟机、冰箱,录像机、按摩器、风扇、照明等,在国外因汽车的普及率较高外出工作或外出旅游即可用逆变器连接蓄电池带动电器及各种工具工作。
下面为大家介绍一下逆变器的作用、特点、工作原理、分类、使用注意、安装使用方法、常见问题与处理方法。
一、逆变器的作用1、逆变器是把直流电能(电池、蓄电瓶)转变成交流电(一般为220v50HZ正弦或方波)。
通俗的讲,逆变器是一种将直流电(DC)转化为交流电(AC)的装置。
它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。
2、广泛适用于空调、家庭影院、电动砂轮、电动工具、缝纫机、DVD、VCD、电脑、电视、洗衣机、抽油烟机、冰箱,录像机、按摩器、风扇、照明等。
3、简单地说,逆变器就是一种将低压(12或24伏或48伏)直流电转变为220伏交流电的电子设备。
因为我们通常是将220伏交流电整流变成直流电来使用,而逆变器的作用与此相反,因此而得名。
我们处在一个"移动"的时代,移动办公,移动通讯,移动休闲和娱乐。
在移动的状态中,人们不但需要由电池或电瓶供给的低压直流电,同时更需要我们在日常环境中不可或缺的220伏交流电,逆变器就可以满足我们的这种需求。
二、逆变器的特点1、转换效率高、启动快;2、安全性能好:产品具备短路、过载、过/欠电压、超温5种保护功能;3、物理性能良好:产品采用全铝质外壳,散热性能好,表面硬氧化处理,耐摩擦性能好,并可抗一定外力的挤压或碰击;4、带负载适应性与稳定性强。
三、逆变器工作原理1、逆变器是一种DC to AC的变压器,它其实与转化器是一种电压逆变的过程。
转换器是将电网的交流电压转变为稳定的12V直流输出,而逆变器是将Adapter输出的12V直流电压转变为高频的高压交流电;两个部分同样都采用了用得比较多的脉宽调制(PWM)技术。
一种新型单相全桥SPWM逆变器设计方法郭石垒;秦会斌【摘要】For the two-step inverter,with single phase full-bridge SPWM and low-pass LC filter,standard sine wave⁃form inverter can be made. A novel method to design single-phase SPWM inverter was introduced. With the single-phase pulse width modulation sine wave from the driving-board, and the driving-board using Yi Jingwei electronics’ pure sine wave chip named EG8010,and with LC low-pass filter circuit,then a sine waveform inverter can be made, experiments with this inverter show that the maximum power of inverter can reach to 3 kW.%针对两级式逆变器,在DC-AC逆变部分,采用单相全桥SPWM调制,再经过低通LC滤波,可输出平滑正弦波。
介绍了一种新型单相SPWM逆变器设计方法,通过驱动板产生单相脉宽调制正弦波,驱动板采用屹晶微电子的纯正弦波芯片EG8010,驱动全桥回路,输出经低通LC滤波,可输出标准正弦波。
逆变器驱动板和全桥拓扑以及外围电压反馈电路可实现正弦波逆变器的设计,制作了逆变器,试验测试负载功率3 kW,输出正弦波电压波形较好。
【期刊名称】《电子器件》【年(卷),期】2016(039)005【总页数】4页(P1261-1264)【关键词】SPWM;DC-AC逆变器;EG8010;LC滤波;全桥拓扑【作者】郭石垒;秦会斌【作者单位】杭州电子科技大学新型器件与应用研究所,杭州310018;杭州电子科技大学新型器件与应用研究所,杭州310018【正文语种】中文【中图分类】TN46在两级式逆变器设计中,DC-AC逆变技术在生成正弦波时,多采用SPWM调制方式,调制输出再通过低通LC滤波,可减小谐波含量,得到比较标准的正弦波[1-4]。
第5章逆变电路主要内容:换流方式,电压流型逆变电路。
基本要求:掌握换流方式,掌握电压型逆变电路,理解电流型逆变电路,了解多重逆变蓄电池、干电池、太阳能电池等直流电源向交流负载供电时,需要逆变电路。
交流电机调速用变频器、不间断电源、感应加热电源等电力电子装置1(1)逆变电路的基本工作原理单相桥式逆变电路为例:S1~S4是桥式电路的4个臂,由电力电子器件及辅助电路组成。
S、S闭合,S、S断开、1S为图5-1 逆变电路及其波形举例电阻负载时,负载电流i o和u o的波形相同,相位也相同。
阻感负载时,i滞后于u,波tt2、Si o从电源负极流出,经S2、负载和S3流回正极,负载电感能量向电源反馈,i o逐渐减小,t2时刻降为零,之后i o才反向并增大就可使其开通。
关断:全控型器件可通过门极关断。
半控型器件晶闸管,必须利为全面集中,因此在本章讲述1、器件换流利用全控型器件的自关断能力进行换流(Device。
能力,也不需要为换流附加元件。
3、负载换流由负载提供换流电压称为负载换流(Load Commutation)。
图5-2 负载换流电路及其工作波形基本的负载换流逆变电路:采用晶闸管,负载:电阻电感串联后再和电容并联,工作在接近并联谐振状态而略呈容改变,负载电流基本呈矩形波。
负载工作在对基波电流接近并联谐振的状态,对基波阻抗很大,对谐波阻抗很小,u o波形接近正弦。
t、2t、1 VT4换到VT3、VT2。
t1必须在u o过零前并留有足够裕量,才能使换流顺利完成。
也称为电容换流。
直接耦合式强迫换流——由换流电路内电容提供换流电压。
VT通态时,先给电容C过换流电路内电容和电感耦合提供换流电压或换流电流。
两种电感耦合式强迫换流:图5-4a中晶闸管在LC振荡第一个半周期内关断。
其关断的换流也叫电压换流(图5-3)。
先使晶闸管电流减为零,然后通过反并联二极管使其加反压的换流叫电流换流(图5-4)。
电网换流和负载换流——属于外部换流。
第13卷第4期 20o3年12月 湖南工程学院学报
Journal of Hunan Institute of Engineering Vo1.13.No.4
Dec.2003
单相正弦波逆变蓄电池并网放电装置的研制 易映萍,徐勇 (湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙410082)
摘要:介绍了单相正弦波逆变蓄电池并网放电装置的工作原理和主电路结构,并对其控制方法和控 制电路进行了研究.在此基础上,研制了一台实验样机.实验结果表明,该装置具有输出功率因数高、对 电网谐波污染小、恒流放电等优点. 关键词:蓄电池放电;PWM整流电路;谐波;功率因数 中图分类号:TM744 文献标识码:A 文章编号:1671—119X(2003)04—001l一04
0引 言 在蓄电池组维护的过程中,为了活化蓄电池和 测量蓄电池的容量,必须定期对蓄电池进行放电实 验.目前。国内蓄电池放电采用电阻放电装置,虽然 结构简单、成本低,但放电电流控制困难,无法精确 计算蓄电池的容量,并且将蓄电池组释放的能量全 部消耗在电阻上,工作环境恶劣,又不利于节约能 量. 本文提出采用高频PWM整流逆变电路技术研 制一种新型正弦波逆变蓄电池并网放电装置,该装 置使蓄电池处于恒流放电状态,既能精确计算蓄电 池组的放电容量,又能将蓄电池组释放的能量回馈 给电网,从而减少能源消耗,改善工作环境,同时还 使装置流人电网的电流接近正弦波,极大地降低了 放电装置对电网的谐波污染.下面便介绍该装置的 工作原理及设计方法. 主电路结构及工作原理 本文研制单相正弦波逆变蓄电池并网放电装置 的主电路结构如图1所示,变换电路中的开关器件 均为IGBT器件. 为蓄电池电压,Rl和CJl用于 抑制直流输入合闸浪涌电流, I、Cl用于滤去 DC/DC变换电路产生的高频开关噪声.DC/DC变 换电路采用全桥移相软开关技术,由开关器件Tl~ T 组成的全桥逆变电路首先将直流电压逆变成高 频交流电压,通过高频变压器隔离后,再由Dl~D4 组成的全桥整流电路变换成直流电压.T5~ 及 其反并联二极管共同组成单相PWM整流电路, Lr、Cr用于滤去PWM整流电路产生的高频开关 噪声,R2和G,2用于抑制交流输出合闸浪涌电流. DC/1=C变换电路为升压电路,将蓄电池电压变换成 PWM整流逆变电路所需要的直流电压,同时实现 蓄电池恒流放电控制;PWM整流逆变电路将蓄电 池释放的能量变换成交流电回送给电网,同时还使 装置流人电网的电流接近正弦波. 本文所采用的单相PWM整流逆变电路的主电 路结构如图2所示【 儿21.同SPWM逆变电路控制输 出电压相类似,可在PWM整流逆变电路的交流输 入端AB之间产生一个正弦波调制PWM波UAB, UAB中除了含有与电源同频率的基波分量外,还含 有与开关频率有关的高次谐波.由于电感L的滤波 作用,这些高次谐波电压只会使交流电流 产生很 小的脉动.如果忽略这种脉动,i,为频率与电源频率 相同的正弦波.在交流电源电压U,一定时, ,的幅 值和相位由UAB中基波分量的幅值及其与U,的相位 差决定.改变UAB中基波分量的幅值和相位,就可以 使i,与U,同相位或反相位.图3给出了单相PWM 整流电路的相量图,其中U,表示电网电压,U^B表 示PWM整流逆变电路输出的交流电压,UL为连 接电抗器 的电压,UR为电网内阻R的电压.在 图3(a)中U^B滞后U,的相角为 ,,,与U,的相 位完全相同,电路工作在整流状态,且功率因数为
收稿日期:2003一o9一l8 作者简介:易映萍(1967一),女,硕士研究生,研究方向:电力及电子技术应用.
维普资讯 http://www.cqvip.com 12 湖南工程学院学报 2003年 1,此时电网向PWM整流逆变电路输送能量;在图 3(6)中 ^B超前D 的相角为 ,j 与【=『 的相位完 全相反,电路工作在逆变状态,且功率因数为一1,此
时PWM整流逆变电路向电网反送能量.这就是 PWM整流逆变电路的基本工作原理.
图l蓄电池放电装置主电路结构 2控制电路 图2单相全桥PWA整流逆变电路 (口)整流状态 (6)逆变状态 图3单相PWM整流逆变电路的向量图
2.1 I3(2/[)C变换控制电路 DC/I ̄变换电路的作用是控制蓄电池恒流放 电,同时将蓄电池电压变换成PWM整流逆变电路 所需要的电压.其控制系统结构简图如图4所示.放 电给定电流 与实际的放电电流 相比较后,其 误差信号经PI调节器后送入PWM控制器,再由 PWM控制器产生PWM信号,该PWM信号再经驱
维普资讯 http://www.cqvip.com 第4期 易映萍等:单相正弦波逆变蓄电池并网放电装置的研制 13 动电路去控制DC/DC变换电路中的开关器件 IGBT,便可使实际的放电电流跟踪给定电流,从而 达到恒流放电的目的.当PWM整流逆变电路发生 故障不能向电网回送能量时。如果直流变换电路仍 然处于恒流放电工作状态,则会引起直流侧电压升 高.为了防止过压的产生,在图4中,本文引入了直 流电压限压控制环,当直流侧电压高于设定值时,直 流变换电路立即从恒流控制转为恒压控制.
图4 /1[ 变换电路控制电路结构简图 2.2 PWM整流逆变控制电路 PWM整流逆变电路的控制方法有直接电流控 制和间接电流控制两种【2儿3】.直接电流控制引入交 流输入电流反馈实行闭环控制,其电流指令运算电 路比不引人交流输入电流反馈的间接电流控制简 单,因此,本文采用直接电流控制方法. 图5给出了PWM整流逆变电路控制系统的结 构简图.采用双环控制,其外环为直流电压控制环, 内环为交流电流控制环.直流输出电压给定信号
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PwM信号 U 和实际的直流电压Ud比较后的误差信号送人 PI调节器,PI调节器的输出即为整流逆变电路交流 输入电流的幅值,它与标准正弦波相乘后形成交流 输入电流的给定信号 :,与实际的交流输入电流i 进行比较,电流误差信号经比例调节器放大后送人 比较器,再与三角载波信号比较形成PWM信号.该 PWM信号经驱动电路后去驱动主电路开关器件, 便可使实际的交流输入电流跟踪指令值,同时达到 控制直流电压的目的.
三角波 图5 PWM整流逆变电路控制系统结构图 当DC/1=C变换电路未工作时,此时PWM整流 电流为30A的放电装置.该装置的DC/1= 变换电 逆变电路工作在整流状态,图5中的PI调节器的输 路和PWM整流逆变电路均采用IGBT器件,驱动 出, 为正值,表示PWM整流逆变电路交流输入电 电路采用三菱公司生产的驱动模块M57962L,开关 流与电网电压同相.蓄电池放电时,DC/1=C变换电 频率为20kHz. 路向PWM整流逆变电路的直流侧输送能量,使直 图6给出了放电电流为20A蓄电池的放电电 流侧电压Ud抬高,于是,PI调节器的输入端出现负 流波形,其中纵族每格500mV代表电流为5A.从图 偏差,并使得PI调节器的输出, 为负值,从而导致 中可以看出,电流波形为直线,说明蓄电池放电为恒 交流输入电流与电网电压反相。PWM整流逆变电 流放电. 路工作在逆变状态,向电网回送能量. 图7给出了放电装置交流侧电压和电流的波
3实验结果 采用上面所介绍的主电路结构和控制方法,本 文研制了一台输入蓄电池电压为110~220V、放电
形,从图中可以看出,电流接近理想正弦波,并且与 电网电压反相,即放电装置向电网回送能量.工作在 额定放电电流条件下,采用PM300电力分析仪测得 交流侧电流谐波总畸变率n 为2.5%.
维普资讯 http://www.cqvip.com l4 湖南工程学院学报 2003年 4结论 图6蓄电池放电电流波形 时问:4rns/DIV 1--电压 2一电流 图7输出电压和电流波形 该装置还可用作电子负载,用于调试各种直流 稳压电源.
本文采用IGBT器件、高频PWM整流逆变电 路等数项新技术,研制出一种新型单相正弦波逆变 蓄电池并网放电装置,该装置具有以下优点: (1)将蓄电池释放的能量反送回电网,既节约能 量,又改善放电环境; (2)流入电网的电流接近正弦波,极大地降低了 放电装置对电网的谐波污染; (3)蓄电池放电为恒流放电,能精确测量蓄电池 组容量;
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Development of Battery Discharge Device Feeding Energy Back with Single Phase Sine Wave Inverter YI Ying—ping,XU Yong (College of Elect.and Information Engine.ring,Hunan University,Changsha 410082,China) Abstract:The main circuit configure and operation principle of battery discharge device feeding energy back with single phase sine wave inverter are introduced,and its control method and circuit are also analyzed.A prototype is manufactured according tO them.The experiment results indicate that battery discharge device has the characteristics of low harmonic current,high power factor and constant current discharge. Key words:battery discharge;PWM rectifier;harmonic;power factor
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