提高逆變電源供電質(zhì)量的硬件控制講解

 隨著電廠、變電站等機(jī)構(gòu)中逆變電源的普及，逆變電源在處理UPS電源交流負(fù)荷的情況越來(lái)越多，人們對(duì)處理的效率要求也越來(lái)越高。因此增加逆變電源的供電質(zhì)量與供電可靠性就成為了設(shè)計(jì)者們的研發(fā)重點(diǎn)。在本文中，小編將為大家介紹逆變電源供電質(zhì)量與可靠性提升設(shè)計(jì)的硬件部分內(nèi)容。

逆變電源的并聯(lián)策略有很多，有主從結(jié)構(gòu)，用電壓型逆變器作為主模塊控制系統(tǒng)電壓，電流型逆變器提供負(fù)載電流。有對(duì)等式，并聯(lián)的各個(gè)逆變器結(jié)構(gòu)功能相同，相互間有信號(hào)的傳遞，但不存在隸屬關(guān)系。還有基于有功無(wú)功調(diào)節(jié)的無(wú)連線并聯(lián)方式。

隨著控制技術(shù)的發(fā)展，高速數(shù)字處理芯片DSP的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的交流輸出已經(jīng)不成問(wèn)題。但是如何實(shí)現(xiàn)逆變器的冗余設(shè)計(jì)依然是困擾開發(fā)者的主要問(wèn)題，目前市場(chǎng)上流行的逆變器的并聯(lián)技術(shù)是采用系統(tǒng)監(jiān)控器統(tǒng)一產(chǎn)生SPWM信號(hào)進(jìn)行同步和負(fù)載均分的，這種逆變器的技術(shù)缺點(diǎn)是：?jiǎn)文孀兤鞑荒芄ぷ?，必須配和系統(tǒng)的監(jiān)控器才能工作，因此小系統(tǒng)的性能價(jià)格比不高。系統(tǒng)的可靠性取決于系統(tǒng)監(jiān)控器的可靠性，監(jiān)控器一旦損壞，整個(gè)系統(tǒng)將癱瘓;交流輸出不能短路，短路將會(huì)造成逆變器燒毀的危險(xiǎn)。

無(wú)主可并聯(lián)逆變控制方式

本方案采用各種控制方法相結(jié)合的復(fù)合控制，自同步和外同步結(jié)合的全新原理設(shè)計(jì)，其優(yōu)點(diǎn)是可靠性高?？蓡螜C(jī)使用也可組屏，配置方便。采用電子開關(guān)外掛方式，方便組成UPS、EPS等其它形式的逆變電源。系統(tǒng)監(jiān)控有三個(gè)可以錯(cuò)相120度的同步信號(hào)，方便組合成三相逆變電源系統(tǒng);并且三相單獨(dú)調(diào)節(jié)，每相可帶100%不平衡負(fù)載。

圖1系統(tǒng)原理框

硬件設(shè)計(jì)部分

可并聯(lián)逆變模塊硬件電路由功率處理主電路、控制驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路組成，系統(tǒng)原理框圖如圖1，DC/DC變換電路為BOOST電路，采用高頻環(huán)進(jìn)行逆變，因而無(wú)須采用工頻變壓器，使體積減小，其作用是利用DC-DC全橋高頻隔離升壓將直流220V電壓變換成PWM整流逆變電路所需要的電壓，供后級(jí)的全橋逆變使用，其控制系統(tǒng)結(jié)果如圖2所示。輸出給定電流Ug與實(shí)際的輸出電壓Uk相比較后，其誤差信號(hào)經(jīng)PI調(diào)節(jié)器后與鋸齒波比較形成PWM信號(hào)，該信號(hào)再經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路去控制BOOST電路中的開關(guān)器件IGBT，便可使實(shí)際的輸出電壓跟蹤給定電壓。本系統(tǒng)采用PWM控制器SG3525獲得PWM控制信號(hào)。

圖2 DC/DC變換電路控制結(jié)構(gòu)

逆變器的功率處理采用全橋電路，經(jīng)過(guò)SPWM調(diào)制以后，輸出經(jīng)過(guò)濾波電感和電容濾波以后，直接和其它逆變器的輸出進(jìn)行并聯(lián)，當(dāng)要求和電網(wǎng)進(jìn)行快速切換的時(shí)候，系統(tǒng)主監(jiān)控指揮電子切換箱的開關(guān)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的旁路切換。

控制電路DSP TMS320F2407A完成SPWM波形的產(chǎn)生、鎖相、控制、均流以及同步信號(hào)捕捉、數(shù)據(jù)采樣等功能。使用DSP內(nèi)部的模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊對(duì)輸出電壓反饋信號(hào)進(jìn)行采樣，通過(guò)數(shù)字PI控制器完成電壓有效值外環(huán)控制，保證輸出電壓有效值穩(wěn)態(tài)無(wú)差。PI控制器的輸出乘以標(biāo)準(zhǔn)給定信號(hào)，經(jīng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換后作為控制電路模擬部分的參考輸入信號(hào)。

主從設(shè)置法和平均電流法都無(wú)法實(shí)現(xiàn)冗余技術(shù)，使并聯(lián)電源模塊系統(tǒng)的可靠性得不到很好的保證。而采用自主均流芯片UC3902依據(jù)特有的性能，如：“均流精度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，可以實(shí)現(xiàn)冗余技術(shù)等”， 自主均流法實(shí)質(zhì)上是在N個(gè)并聯(lián)的模塊中，輸出電流最大的模塊將自動(dòng)成為主模塊，其余的模塊則成為從模塊，各個(gè)從模塊的電壓誤差依次被整定，以調(diào)節(jié)負(fù)載電流分配的不均衡。由于N個(gè)并聯(lián)的模塊中，事先沒(méi)有人為設(shè)定哪個(gè)模塊為主模塊，而是按輸出電流的大小隨機(jī)排序，輸出電流大的模塊自動(dòng)成為主模塊。本控制系統(tǒng)采用此芯片可以直接得到均流誤差信號(hào)，簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)復(fù)雜的電流計(jì)算，提高了系統(tǒng)可靠性。

UC3902集成芯片通過(guò)精確地調(diào)整變換器的輸出電壓以匹配所有的輸出電流。另外，此芯片有一個(gè)獨(dú)特的有利條件是使用了差模均載母線，這種結(jié)構(gòu)大大增強(qiáng)了系統(tǒng)對(duì)噪音的抑制能力。UC3902均流芯片應(yīng)用在電力電源中具有如下的特點(diǎn)：(1)均流精度高。(2)外圍電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，不像UC3907那樣過(guò)于復(fù)雜。(3)易于做熱插拔操作。

本文介紹了逆變電源供電質(zhì)量與可靠性提升設(shè)計(jì)的硬件部分內(nèi)容。逆變電源的控制方法并不唯一，每一種控制方法都有其優(yōu)缺點(diǎn)，如何巧妙地將不同的控制方法進(jìn)行整合從而得到最佳的供電質(zhì)量才是設(shè)計(jì)者們不斷追求的。