多电平逆变器的SHEPWM控制系统的制作方法

本实用新型属于逆变器
技术领域：
，尤其涉及一种多电平逆变器的SHEPWM控制系统。
背景技术：
：近年来电力电子技术发展迅猛，多电平逆变器在高电压大容量领域得到了越来越多的重视。多电平逆变器具有谐波畸变率低、能量转换效率高的优点，且输出电压高、功率大，不需要输出变压器进行辅助，因此在高压大功率场合得到很多应用。由于电网侧电流和电压波形容易受到影响，且大部分负载呈非线性，很容易造成基波电流畸变，所产生的谐波会干扰设备的稳定运行，使得设备或零件的报废率增加，会带来较大的经济损失。研究如何抑制和消除电网中的有害谐波显得意义重大。到目前为止，消谐技术可分为很多种。其中，通过对逆变器拓扑结构的改进，搭建多重逆变电路能够实现消谐，但电路结构较复杂，成本高，还会引起其它问题。通过引入电能质量补偿器能有效的抑制谐波干扰，但是对系统参数设置要求较高，设计不合理甚至会影响系统的稳定性。通过控制开关器件的导通和关断，生成特定阶梯波，能够达到消除指定低频次谐波的目的，对消谐能起到较好的效果。SHEPWM技术具有开关频率低、开关损耗小、输出波形质量好、逆变效率高、输出滤波器尺寸小等优点，因此受到了越来越多的关注。技术实现要素：本实用新型就是针对上述问题，提供一种逆变效果好的多电平逆变器的SHEPWM控制系统。为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案，本实用新型包括DPS处理电路、电压采样电路、隔离驱动电路、开关电源电路和电压传感器,其结构要点电压传感器、电压采样电路、DPS处理电路、隔离驱动电路依次相连，隔离驱动电路的输出端口与T型三电平光伏并网逆变器的开关器件的控制端口相连；电压传感器的输入端口与T型三电平光伏并网逆变器的输出端口相连；开关电源电路的输出端口分别与DPS处理电路电源端口、电压采样电路电源端口、隔离驱动电路电源端口相连。作为一种优选方案，本实用新型所述电压采样电路采用OPA4376芯片U5，DPS处理电路采用TMS320F283XXPGF芯片U3，U5的3脚为检测三电平光伏并网逆变器输出U-端口，U5的2脚为检测三电平光伏并网逆变器输出U+端口，U5的1脚与U3的42脚相连；U5的5脚为检测三电平光伏并网逆变器输出V-端口，U5的6脚为检测三电平光伏并网逆变器输出V+端口，U5的7脚与U3的46脚相连。作为另一种优选方案，本实用新型所述开关电源电路采用UC28C45芯片。另外，本实用新型所述隔离驱动电路采用7800A光耦U10、U11、U13、U14、U15、U16、U17、U18、U19、U20，U11的2脚分别与NPN三极管Q3的集电极、3.3V电源相连，Q3的基极与U3的5脚相连，Q3的发射极分别与地线、U11的3脚相连，U11的7脚为U1控制端；U10的2脚分别与NPN三极管Q2的集电极、3.3V电源相连，Q2的基极与U3的6脚相连，Q2的发射极分别与地线、U10的3脚相连，U10的7脚为U2控制端；U14的2脚分别与NPN三极管Q6的集电极、3.3V电源相连，Q6的基极与U3的11脚相连，Q6的发射极分别与地线、U14的3脚相连，U14的7脚为V1控制端；U13的2脚分别与NPN三极管Q5的集电极、3.3V电源相连，Q5的基极与U3的12脚相连，Q5的发射极分别与地线、U13的3脚相连，U13的7脚为V2控制端；U16的2脚分别与NPN三极管Q8的集电极、3.3V电源相连，Q8的基极与U3的13脚相连，Q8的发射极分别与地线、U16的3脚相连，U16的7脚为V3控制端；U17的2脚分别与NPN三极管Q9的集电极、3.3V电源相连，Q9的基极与U3的16脚相连，Q9的发射极分别与地线、U17的3脚相连，U17的7脚为V4控制端；U15的2脚分别与NPN三极管Q7的集电极、3.3V电源相连，Q7的基极与U3的17脚相连，Q7的发射极分别与地线、U15的3脚相连，U15的7脚为W1控制端；U18的2脚分别与NPN三极管Q10的集电极、3.3V电源相连，Q10的基极与U3的18脚相连，Q10的发射极分别与地线、U18的3脚相连，U18的7脚为W2控制端；U20的2脚分别与NPN三极管Q12的集电极、3.3V电源相连，Q12的基极与U3的19脚相连，Q12的发射极分别与地线、U20的3脚相连，U20的7脚为W3控制端；U19的2脚分别与NPN三极管Q11的集电极、3.3V电源相连，Q11的基极与U3的20脚相连，Q11的发射极分别与地线、U19的3脚相连，U19的7脚为W4控制端。本实用新型有益效果。本实用新型通过DPS处理电路、电压采样电路、隔离驱动电路、开关电源电路和电压传感器的配合使用，构建了一种多电平逆变器的SHEPWM控制系统。通过电压传感器采集逆变器的输出端口电压信号，传输给DPS处理电路，DPS处理电路根据电压信号输出控制信号给逆变器的开关器件的控制端口，对开关器件进行SHEPWM控制，消除谐波、逆变效果好。本实用新型提供一种多电平逆变器的SHEPWM控制系统的硬件基础。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。本实用新型保护范围不仅局限于以下内容的表述。图1为本实用新型设计的T型三电平光伏并网逆变器示意图。图2为逆变器相电压SHEPWM模型示意图。图3为本实用新型所设计的T型三电平逆变器的系统控制框图。图4为本实用新型原理框图。图5为本实用新型所设计的光伏并网逆变器SHEPWM控制的硬件电路图。图6为本实用新型所设计的UV相电压检测电路。图7(a)、(b)、(c)为本实用新型设计的DSP外围电路。图8(a)、(b)、(c)为本实用新型设计的管脚保护电路。图9为本实用新型设计的开关电源电路。图10(a)、(b)、(c)为本实用新型设计的隔离驱动电路。具体实施方式如图所示，本实用新型包括DPS处理电路、电压采样电路、隔离驱动电路、开关电源电路和电压传感器,电压传感器、电压采样电路、DPS处理电路、隔离驱动电路依次相连，隔离驱动电路的输出端口与T型三电平光伏并网逆变器的开关器件的控制端口相连；电压传感器的输入端口与T型三电平光伏并网逆变器的输出端口相连；开关电源电路的输出端口分别与DPS处理电路电源端口、电压采样电路电源端口、隔离驱动电路电源端口相连。所述电压采样电路采用OPA4376芯片U5，DPS处理电路采用TMS320F283XXPGF芯片U3，U5的3脚为检测三电平光伏并网逆变器输出U-端口，U5的2脚为检测三电平光伏并网逆变器输出U+端口，U5的1脚与U3的42脚相连；U5的5脚为检测三电平光伏并网逆变器输出V-端口，U5的6脚为检测三电平光伏并网逆变器输出V+端口，U5的7脚与U3的46脚相连。所述开关电源电路采用UC28C45芯片。所述隔离驱动电路采用7800A光耦U10、U11、U13、U14、U15、U16、U17、U18、U19、U20，U11的2脚分别与NPN三极管Q3的集电极、3.3V电源相连，Q3的基极与U3的5脚相连，Q3的发射极分别与地线、U11的3脚相连，U11的7脚为U1控制端；U10的2脚分别与NPN三极管Q2的集电极、3.3V电源相连，Q2的基极与U3的6脚相连，Q2的发射极分别与地线、U10的3脚相连，U10的7脚为U2控制端；U14的2脚分别与NPN三极管Q6的集电极、3.3V电源相连，Q6的基极与U3的11脚相连，Q6的发射极分别与地线、U14的3脚相连，U14的7脚为V1控制端；U13的2脚分别与NPN三极管Q5的集电极、3.3V电源相连，Q5的基极与U3的12脚相连，Q5的发射极分别与地线、U13的3脚相连，U13的7脚为V2控制端；U16的2脚分别与NPN三极管Q8的集电极、3.3V电源相连，Q8的基极与U3的13脚相连，Q8的发射极分别与地线、U16的3脚相连，U16的7脚为V3控制端；U17的2脚分别与NPN三极管Q9的集电极、3.3V电源相连，Q9的基极与U3的16脚相连，Q9的发射极分别与地线、U17的3脚相连，U17的7脚为V4控制端；U15的2脚分别与NPN三极管Q7的集电极、3.3V电源相连，Q7的基极与U3的17脚相连，Q7的发射极分别与地线、U15的3脚相连，U15的7脚为W1控制端；U18的2脚分别与NPN三极管Q10的集电极、3.3V电源相连，Q10的基极与U3的18脚相连，Q10的发射极分别与地线、U18的3脚相连，U18的7脚为W2控制端；U20的2脚分别与NPN三极管Q12的集电极、3.3V电源相连，Q12的基极与U3的19脚相连，Q12的发射极分别与地线、U20的3脚相连，U20的7脚为W3控制端；U19的2脚分别与NPN三极管Q11的集电极、3.3V电源相连，Q11的基极与U3的20脚相连，Q11的发射极分别与地线、U19的3脚相连，U19的7脚为W4控制端。本实用新型DSP的控制方法可采用粒子群-细菌觅食优化法进行控制，基于消谐模型，确定特定谐波消除技术中的开关角。下面结合附图对本实用新型的技术方案进行具体描述：图1为本实用新型设计的T型三电平光伏并网逆变器示意图，如图所示，TAi,TBi,TCi,(i＝1,2,3,4)共12个开关器件构成了该电路的拓扑结构，该电路利用反向串联的两个开关器件将输出端与中点相连接，实现中点箝位功能。C1和C2是直流侧的分压电容，分压电容之间的O点为零电位参考点。P是母线正极，N是母线负极。R、L表示负载，e表示电网。在三相平衡系统下，逆变桥输出电压分别为uia、uib、uic，电感电流分别为ia、ib、ic，电网电压分别为ea、eb、ec。根据基尔霍夫定律，三电平逆变器系统的三相电压电流方程可表示为：uia=Ldiadt+iaR+eauib=Ldibdt+ibR+ebuic=Ldicdt+icR+ec---(1)]]>图2为逆变器相电压SHEPWM模型示意图，T型三电平逆变器单相输出电压波形可由傅里叶级数表示：U0(t)＝∑[Ansin(nωt)+Bncos(nωt)]其中式中，U0为逆变器输出电压；An、Bn为振幅；ω为角频率。图3为本实用新型所设计的T型三电平逆变器的系统控制框图，首先经过坐标变换，将abc坐标系变换到αβγ坐标系，在αβγ坐标系下，采用粒子群-细菌觅食优化算法，求解出开关角，求出的开关角给逆变器，控制逆变器并网电流的波形。图5为本实用新型所设计的光伏并网逆变器SHEPWM控制的硬件电路图，光伏电池板的原始电能通过逆变器，输出三电平电压，再经过滤波处理，与电网并网。为了保持系统的平稳运行，达到中点电位平衡控制的目的，本实用新型设计采用粒子群-细菌觅食优化算法实现SHEPWM控制，形成闭环回路，对并网电压进行控制。SHEPWM中，包括对负载电压的采样、直流侧电容电压的检测、DSP计算处理、开关电源电路设计以及隔离驱动电路的设计。图6为本实用新型设计的UV相电压检测电路，经过精密运算放大器，对电压进行采样和放大之后，为DSP提供测量的负载电压信号。图7为本实用新型设计的DSP外围电路。外围电路主要包括接口配置、复位电路、ADC模块的设置和时钟电路。用阻容电路产生上电复位，电源芯片的输入为5V，输出为1.9V和3.3V电源为DSP供电，输出电源分别有两个复位信号，当电源不稳定或过低时，会产生复位信号。图8为DSP的管脚保护电路。图9为本实用新型设计的开关电源电路。直流高压端加到高频脉冲变压器初级端，开关器件串联在变压器另一个初级端。开关器件周期性的导通和关断，使初级直流电压转换成一定周期的矩形波，再由脉冲变压器耦合到次级，滤波后得到相应的直流低压输出电压。该电路采用UC28C45芯片，通过变压器线圈感应出多组电压源。向主控板、驱动电路等提供低压电源。图10为本实用新型设计的隔离驱动电路，即电流检测保护电路。驱动电路是将主控电路中的12个PWM信号，经过光电隔离和放大之后，为逆变电路的换流器件提供驱动信号。本实用新型设计中的隔离驱动电路由电流取样、信号隔离放大、信号放大输出三部分组成。7800A光耦的放大系数为8。可以理解的是，以上关于本实用新型的具体描述，仅用于说明本实用新型而并非受限于本实用新型实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本实用新型的保护范围之内。当前第1页1 2 3