逆变器在独立工作时采用电压控制模式,而在并网工作时可以采用电流控制模式,因此提出双工作模式逆变器系统设计思想。图8-1所示为并网/独立双工作模式单相逆变器系统结构,直流侧电压为400V,逆变器与电网的连接通过并网(静态转换开关)STS控制,STS闭合为逆变器输出接入电网(Grid-connection),STS分断则为逆变器脱网而独立(Stand-alone)状态。系统控制器内部设置一模式开关MS(逻辑控制信号),“控制”逆变器在电压控制模式和电流控制模式之间的切换,这里约定:MS可使逆变器要从电压源输出控制模式切换至电流源输出控制模式,则反向切换。逆变器各工作模式下的SPWM控制以及模式转换控制逻辑等均由TMS320LF2407A型DSP实现。
STS闭合前,逆变器工作于独立向本地负载供电状态,同时由DSP检测电网电压过零点,由内部数字锁相环等控制算法实现逆变器输出电压对电网电压的幅值、频率及相位的跟踪。当系统检测到向并网运行状态切换指令时,控制STS使逆变器在网压过零点处接入电网,实现由独立带载运行向并网运行状态的转换;同时控制算法切换为电流源输出控制模式,控制并网电流对电网电压频率与相位的跟踪。
图8-1 并网/独立双工作模式单相逆变器原理结构(www.daowen.com)
独立供电运行时,逆变电源作为交流恒压源输出功率,通常采用电压、电流双闭环控制,按控制器内部基准电压信号控制输出电压。考虑到双工作模式切换需要,电网正常条件下,并网/独立双工作模式逆变系统的基准电压信号采用外同步锁相环跟踪技术。
并网工作模式下,采用三态滞环PWM控制策略,直接控制逆变器馈出电流,具有电流脉动小、响应速度快的优点,倍频控制效果可降低功率器件开关损耗,利于提高并网系统运行效率。逆变器输出电流(功率)的给定由外部设定,取决于并网功率要求,并受限于逆变器最大功率容量,逆变器输出功率的一部分供给本地负载,其余馈送给电网,而当本地负载超出逆变器功率容量时,由电网与逆变器共同对负载供电。
当系统要求退出并网运行状态时,首先控制STS分断逆变器与电网的连接,并将控制算法切换为电压源输出控制模式,逆变器工作于独立向负载供电状态,或空载运行。独立供电运行时,逆变器输出过载保护功能确保变换器电路的安全。
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