跟着社会经济和科学技术的迅猛发展,人们对电源体系的供电质量和牢靠性提出了越来越高的要求。选用模块化的逆变器并联运转而构成的电源体系,因为具有高牢靠性、大容量的特色,不只要杰出的可维护性和通用性,还能够灵敏地组成各种功率容量的体系;并且模块化便于出产的规模化和降低成本,因此其运用远景也越来越广泛。
在多个逆变器的并联运转操控中,不只需要对每个逆变器的运转参数(如输入电压、中心变量、输出电压和电流等)进行许多的数据收集和实时处理,还要在各逆变器之间进行数据通讯和相应的处理,因此对操控器提出了比较高的功用要求。数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)因为具有高速、强壮的数据处理才干、丰厚的内部资源和便利灵敏的外部接口,近年来在许多范畴取得了越来越广泛的运用。咱们在参阅了许多国内外文献资料的根底上,选用TI公司的DSP产品TMS320LF2407A芯片,对根据DSP的逆变器并联运转操控体系的完结进行了研讨,开发了
专用的操控体系并进行了试验。试验成果标明,该体系能够较好地完结各个并联逆变器的输出同步和负载均分。
1. 逆变器并联运转体系的原理和结构
1.1 多个逆变器并联运转的条件
逆变器是将直流电转换成沟通电的电能改换器。多个逆变器并联运转的必要条件是各个逆变器的沟通输出电压要坚持严厉地同频率、同相位、等幅值。只要满意这些条件,才能够使负载电流和功率在各个逆变器之间均衡分配。但是,在实际条件下,因为不同逆变器之间存在的各种参数差异,以及各种搅扰的影响都在所难免,然后会在各个逆变器之间发生环流,导致负载分配不均恒,乃至焚毁逆变器。因此有必要对每个逆变器的运转进行严厉的操控,有效地按捺环流,才干到达杰出的并联运转作用。其间最首要的是对输出电压的相位和幅值两个方面的操控。理论剖析标明[1]:在输出电压和输出阻抗必定的条件下,并联运转的多逆变器供电体系中,各逆变器输出的无功功率差仅取决于它们的输出电压的幅值差;各逆变器输出的有功功率差则首要取决于它们的输出电压的相位差,并且很小的相位差即可引起很大的有功功率的不均衡。以此为根据,咱们的操控体系的首要操控使命便是操控逆变器的输出电压幅值和相位。
1.2 体系的结构
首要,48V直流输入电压经DC/DC改换,成为220V、100Hz半波正弦脉动直流电压,再经过逆变桥进行逐一周期的倒相,成为规范的50Hz正弦沟通电压,最终经输出继电器输出。在整个作业过程中,DSP操控器除了为DC/DC改换器供给规范的半正弦波基准信号外,还检测每一步改换的输入、输出参数是否正常,并做出相应的操控操作。
各逆变器的输入选用公共的48V直流电源,输出端直接并接在一同向负载供电。不同逆变器之间经过同步并机母线和CAN通讯母线连接起来,完结同步信息和运转参数的沟通。
1.3 并联运转体系的作业原理
本体系选用了改善的主从同步操控战略[2]和按输出电流差错操控的均流操控战略。
逆变器上电运转今后,首要进行同步操控。DSP操控器检测同步并机线上是否已经有其它逆变器(称为主模块)宣布的同步操控信号。此同步信号是一个与输出母线上的沟通输出电压同相位的方波信号。假如发现了同步信号,则DSP操控器依照该同步信号规则的时序,向逆变器中的DC/DC改换器宣布相应相位的基准半正弦波信号,操控逆变器的运转时序。尔后,在每个周期的开端时间都要检测该同步信号的上升沿,然后使逆变器坚持与该同步信号严厉共同的频率和相位运转。假如体系上电后,经过必定时间(大约100ms)的检测仍未发现其它逆变器宣布的同步信号,则逆变器将依照程序中事前设定的时序运转,并且在每个周期的开端时间向同步并机线上宣布自己的同步信号,使自己成为主模块,一同也确保输出为安稳的220V、50Hz沟通电。
当多个逆变器组成的体系一同上电运转时,在各逆变器之间经过竞争机制发生主模块,即最早宣布同步信号的逆变器将成为主模块。它宣布的同步信号将成为各逆变器运转的时序根据。这样就构成了一种各个逆变器的软、硬件彻底相同,因此互相相等,而多个逆变器并联运转时又会构成主、从别离的“改善的主从并联运转操控战略”。在此根底上,运用粗调与精调相结合的办法,完结了各并联运转逆变器之间的抱负的同步作用[4]。理论核算标明,各模块间的同步差错小于0.02°;试验成果也证明该了各模块之间的同步作用非常好,同步差错简直无法测出。
同步操控正常今后,DSP操控器检测本模块的运转参数,比方输入电压、DC/DC改换的输出电压以及逆变桥的输出电压是否正常。假如正常,则翻开输出继电器,为负载供电。然后,检测输出电流是否超出额定值。假如没有发生过流,则将本模块的电压、电流等运转参数经过CAN总线发送出去,供其它模块接纳。然后延时等候3mS,以便从CAN总线上接纳其它模块的运转参数。经过合理的设置,DSP内嵌的CAN模块能够确保这些数据的牢靠传输。
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p; 本操控器选用按输出电流差错操控的均流操控战略。在本体系中,因为同步问题得到了很好的处理,因此能够将输出电流差错△In直接作为输出电压幅值的操控根据,经过份额积分操控算法,完结各模块的输出均衡。具体办法是:经过CAN总线使每个逆变器都取得其它逆变器的输出电流数据,将各逆变器的负载电流之和IL除以正在运转的逆变器数n得到各逆变器的均匀输出电流I,用它作为逆变器输出电流的给定值,把它与各逆变器自己的输出电流In之差△In作为操控根据,经过PI操控,使△In最小。
1.4 并联运转操控体系的软件结构
软件体系依照完结的功用区分,首要由主程序和中止服务程序构成。主程序除了完结体系的初始化、数据处理、传输和逆变器运转操控外,最首要的便是进行均流操控。中止服务程序则首要完结同步操控和数据的收集等功用。
2. TMS320LF2407A数字信号处理器(DSP)介绍
在本体系中,咱们选用了德州仪器公司的数字信号处理器TMS320LF2407A。TMS320系列DSP的体系结构是专为实时信号处理而规划的,它将实时处理才干与操控器外设功用集于一身,为操控体系运用供给了一个抱负的处理方案[3]。本体系运用的2407A是16位定点数字信号处理器产品,它具有以下特色:
30MIPS的履行速度,使指令周期到达了33ns然后确保了操控器的实时操控才干;
两个事情管理器模块,其间每个都包含两个16位通用定时器、8个16位的脉宽调制(PWM)通道、3个捕获单元以及16通道10位A/D转换器;
操控器区域网络(CAN)2.0B模块;
40个可独自编程或复用的通用输入/输出引脚;等等。
TMS320LF2407A强壮的实时数据处理才干、丰厚的内部资源和便利灵敏的可编程外设接口,为咱们的逆变器并联运转操控体系供给了杰出的硬件根底。
本体系中的DSP操控器的结构,首要由2407A芯片及其外围元件、D/A转换器、外接的程序存贮器和接口电路组成。
3. 并机运转作用
咱们用三台逆变器组成并联运转体系体系,别离对阻性负载、容性负载、理性负载和整流性负载进行了并机调试和试验,取得了令人满意的成果。逆变器参数如下:
输入电压:40~57V DC ;
输出电压:220V±5% 50Hz AC ;
输出功率:3000VA ;
输出频率:47~51 Hz ;
部分试验成果如下:
(1)公共负载为阻性负载时,三台逆变电源的输出电流特性如下(因为运用的是双踪示波器,故每次只能一同显现两台逆变电源):
改动负载大小时均流状况的改变如下表:
表1: 逆变模块均流改变状况(阻性负载)
测验项目 1组 2组 3组 4组
输出电压(v) 219 220 220 220
输出总电流(A) 3 10 25 40
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nbsp; 模块1