风力发电机晶闸管并网逆变器的研究

V风力发电机晶闸管并网逆变器的研究摘要本课题以目前风力发电系统中较普遍使用的MW级风力发电机为研究对象，主要研究用晶闸管作为电力电子变换元件实现风力发电系统的单机并网方案和风电场集中并网方案。本文首先对并网型风力发电机组的工作原理、组成和分类进行了介绍。接着对用IGBT和SCR为主开关管逆变器在结构、性能以及优缺点进行了比较。然后对晶闸管有源逆变器的主电路以及各器件参数进行了设计和逆变器电磁兼容的设计，并介绍基于数字PID的控制系统的数字流程图。最后本文就晶闸管变流器的最大问题谐波和无功做出了详细的分析，并提出了谐波和无功的补偿办法。关键词：风力发电机，大功率变流，晶闸管，数字PID调节，谐波及无功补偿

TheResearchofWindPowerGeneratorSCRGrid-connectedInverterABSTRACTInthispapertheMWgradewindturbinegeneratorcommonlyusedistheresearchobject,whichmainresearchthyristoraspowerelectronicconversionelementtoachievestand-aloneandnetworksolutionsforwindpowergenerationsystemandwindelectricfieldconcentrationandnetprograms.Firstly,grid-connectedwindturbineworkingprinciple,compositionandclassificationareintroduced.Secondly,theIGBTandtheSCRswitchinverterarecomparedinthestructure,properties,advantagesanddisadvantages.Andathyristorforactiveinvertermaincircuitandthedeviceparametersareproposed.Then,theinverterEMCisdesigned,andthecontrolsystemofdigitalchartbaseddigitalPIDisintroduced.Finallythisarticlemakesadetailedanalysisonthebiggestproblemofthyristorconverterinharmonicandreactivepower,andputsforwardtotheharmonicandreactivepowercompensation.KEYWORDS：windturbines，powerconverter，SCR，figuresPIDregulator,harmonicandreactivepowercompensation目录摘要 IABSTRACT II1绪论 11.1风力发电的应用现状及前景展望 11.1.1风力发电的现状 11.1.2风力发电的前景展望 11.2我国风电发展概况 21.3大型并网风电场接入电力系统的现状及主要问题 31.3.1并网型风力发电机组 31.3.2风电场与常规能源电厂主要区别 41.3.3并网存在的主要问题 41.4风力发电机的并网方式 51.4.1直接并网 51.4.2双馈并网 51.4.3直驱并网 61.5直驱并网风机变流器的主要形式 61.5.1二极管整流+晶闸管有源逆变 71.5.2晶闸管整流+晶闸管有源逆变 71.6本章小结 72主电路设计 92.1主电路原理 92.1.1主电路工作原理 92.1.2基本数量关系 102.1.3逆变颠覆及其防止 112.1.4换流重叠现象 122.2控制系统概述 132.3大功率晶闸管有源逆变器的硬件组成 142.3.1有源逆变器的系统构成 142.3.2三相晶闸管逆变触发 152.4主电路设计 152.4.1主变压器参数的计算 152.4.2晶闸管参数的计算 162.4.3瞬态抑制电路参数计算 162.4.4快速熔断器的参数选择 182.5本章小结 183控制系统的实现 183.1控制系统设计 193.1.1控制系统功能描述 193.1.2ATmega16单片机特性简介 193.2控制系统硬件设计 203.2.1控制系统硬件结构原理 203.2.2主控芯片的功能 203.2.3DAC转换器 213.2.4D/A转换器与单片机的光电接口电路 213.2.5晶闸管通用触发电路CA6100 223.2.6主电路的信号检测 233.3控制系统软件设计 253.3.1PID算法 263.3.2数字PID闭环控制 283.3.3增量式PID算法程序流程图 283.3.4数字滤波 293.4本章小结 304系统的电磁兼容设计 314.1系统存在的电磁兼容问题 314.2系统硬件电磁兼容设计 314.2.1硬件抗干扰分析 314.2.2硬件抗干扰设计 324.2.3电路板的电磁兼容性设计 324.3系统软件电磁兼容设计 344.3.1软件抗干扰设计考虑的问题 344.3.2系统中软件抗干扰的措施 354.4本章小结 365谐波抑制与无功补偿 375.1无功及谐波的危害 375.1.1谐波的危害 375.1.2无功功率的影响 375.2有源逆变器的无功及谐波分析 385.2.1无功及谐波的分析 385.2.2谐波抑制的方法 395.2.3无功补偿的方法 395.2.4无功补偿电容器和LC滤波器 405.3系统的谐波补偿 415.4本章小结 436结论 44致谢 45参考文献 46附录 47PAGE46陕西科技大学毕业设计说明书PAGE49风力发电机晶闸管并网逆变器的研究1绪论论文直接针对新能源课题中的MW级变速恒频风力发电机组电控系统的研制这一研究项目，主要研究用晶闸管作为电力电子变换元件实现风力发电系统的单机并网方案和风电场集中并网方案。1.1风力发电的应用现状及前景展望1.1.1风力发电的现状=1\*GB2⑴风电成本逐年降低尽管风电成本受很多因素的制约,但其发展趋势是逐渐降低的。随着风电技术的改进,风电机组越来越便宜和高效。增大风电机组的单机容量就减少了基础设施的费用,而且同样的装机容量需要更少数目的机组,这也节约了成本。随着融资成本的降低和开发商的经验日益丰富,项目开发的成本也相应得到降低。风电机组可靠性的改进也减少了运行维护的平均成本。=2\*GB2⑵海上风电悄然兴起海上有丰富的风能资源和广阔平坦的区域,使得近海风电技术成为近来研究和应用的热点。多兆瓦级风电机组在近海风电场的商业化运行是风能利用的新趋势。到2003年末,围绕欧洲海岸线,海上风电总装机600MW,集中在丹麦、瑞典、荷兰和英国。1.1.2风力发电的前景展望风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视，其在地球上蕴量巨大。全球的风能约为2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。风很早就被人们利用主要是通过风车来抽水、磨面等，而现在，人们感兴趣的是如何利用风能来发电。风力发电机组技术的发展经历了从多种结构形式逐步向少数几种过渡的过程。20世纪80年代初期，市场上有上风向式和下风向式；风轮主轴有水平的和垂直的；风轮叶片数有三个﹑两个﹑甚至一个的；叶片材料有木头的和玻璃钢的。到现在只剩下以水平轴﹑上风向﹑三叶片的机组为主，其中又有定桨距和变桨距风轮，定转速和变转速发电机，有齿轮箱和无齿轮箱等几种。2009年全球风电产业在去年全球经济危机的冲击下逆势上涨31％，新增装机容量为3.75万兆瓦，将总装机容量推升至15.79万兆瓦。全球风电装机总量预计在未来五年增加两倍至44700万千瓦，且可能在十年内扩大至近100000万千瓦。2009年，中国的涨幅引领全球风电产业，其新增装机容量超过100％，从2008年的1.2万兆瓦上涨到2009年底的2.51万兆瓦，新增装机容量达到1.3万兆瓦。同年，美国风电产业的涨势也强劲，其新增装机容量上涨39％，约为1万兆瓦，总装机容量达到3.5万兆瓦。欧洲新增装机容量上涨1.053万兆瓦，达到7.61万兆瓦。其中，西班牙新增容量达到2460MW，德国达到1920MW。以欧美等发达国家为代表，全球风电呈现出规模化的发展态势。据预测，未来五年，全球风电仍将保持20％以上的增长速度。截止2011年底，全球风电装机容量已达到2.4亿。最后，从政策上来了解各国对发展风力发电的态度。为促进风力发电的发展，世界各国政府特别是欧美国家出台了许多优惠政策，主要包括有:投资补贴、低利率贷款、规定新能源必须在电源中占有一定比例、从电费中征收附加基金用于发展风电、减排C02奖励等。欧洲的德国、丹麦、荷兰等采用政府财政扶持、直接补贴的措施发展本国的风力发电事业;美国通过金融支持，由联邦和州政府提供信贷资助来扶持风力发电事业;印度通过鼓励外来投资和加强对外合作交流来发展风力发电事业;日本采取的措施则是优先采购风电。多种多样的优惠政策促进了各国风力发电的快速发展。1.2我国风电发展概况我国现代风力发电机技术的开发利用起源于20世纪70年代初。经过初期发展﹑单机分散研制﹑示范应用﹑重点攻关﹑实用推广﹑实用化和标准化几个阶段的发展，无论在科学研究﹑设计制造，还是试验﹑示范﹑应用推广等方面均有了长足的进步和很高的提高，并取得了明显的经济效益和社会效益。截至2009年底，全国累计生产离网型风力发电机组18万多台。1986年4月，中国第一个风电场在山东荣成并网发电，3台55KW机组是由航空部和山东省由丹麦引进的，同年10月作为国际科技合作项目，利用比利时政府赠送的4台200KW机组建成平潭示范风电场。从1989年起全国各地陆续利用外国政府赠送或优惠贷款引进机组建设风电场，装机容量逐年增加，2000年底全国共有26个风电场，装机容量达到34.3万千瓦。1997年当年装机超过10万千瓦，达到一个高峰。2003年以后中国风力机进入了快速发展时期。2009年中国成为第一大风电装机市场，新增装机容量为1375万千瓦，增长率连续6年超过100％，成为增长速度最快的国家。累积装机容量达到2580万千瓦，超过德国，位列全球第二。2009年我国的兆瓦级风力机占据了市场的主导。2008年新增装机的单机平均容量为1.2MW，而2009年的数字变成了1.3MW，并且去年兆瓦级风力机的市场份额占到了86％，其中67％在1.5MW以上。截至2009年底，我国风电并网总容量达1613万千瓦，同比增长92.26％.其中，2009年风电电量为269亿千瓦时，同比增长105.86％，占总电量的0.75％。我国已建立起了两百多个风电场，风电场的迅速发展带动了风能产业的发展和风能技术的进步，我国已能自行研制兆瓦级风力发电机组，最大功率达到3.0MW，并且开始规划海上风电项目。我国风力发电行业发展前景广阔，预计未来很长一段时间都将保持高速发展，同时盈利能力也将随着技术的逐渐成熟稳步提升。在“十二五”期间，我国风力发电新增装机速度仍将继续保持较快增长，风电场建设、并网发电、风电设备制造等领域已成为投资热点，市场前景很好。预计到2020年，将在新疆﹑甘肃﹑内蒙古﹑河北﹑东北以及江苏沿海等地建立6个千万千瓦风电基地，在河北﹑内蒙古﹑辽宁等地建立若干百万千瓦风电基地。1.3大型并网风电场接入电力系统的现状及主要问题1.3.1并网型风力发电机组并网型风力发电机组可分为恒速恒频风力发电系统和变速恒频风力发电系统。恒速恒频风力发电系统的基本结构是自然风吹动风力机,经齿轮箱升速后驱动异步发电机将风能转化为电能。目前国内外普遍使用的是水平轴、上风向、定桨距(或变桨距)风力机,其有效风速范围为3～30m/s,额定风速一般设计为8～15m/s,风力机的额定转速大约为20～30r/min。变速恒频风力发电系统的发展依赖于大容量电力电子技术的成熟,从结构和运行方面可分为直接驱动的同步发电机系统和双馈感应发电机系统。在风力机直接驱动同步发电机构成的变速恒频发电系统中,风力机直接与发电机相连,不需要齿轮箱升速,发电机输出电压的频率随转速变化,通过交-直-交或交-交变频器与电网相联,在电网侧得到频率恒定的电压。双馈感应风力发电机组的基本结构包括绕线式异步发电机、变频器和控制环节,其定子绕组直接接入电网,转子采用三相对称绕组,经背靠背的双向电压源变频器与电网相连,给发电机提供交流励磁,励磁频率即为发电机的转差频率。变速恒频风力发电机组实现了发电机转速与电网频率的解耦,降低了风力发电与电网之间的相互影响,但是它的缺点是结构复杂、成本高、技术难度大。但随着电力电子技术的发展,变速恒频风力发电技术也将进一步成熟。特别是双馈感应发电机,不仅改善了风电机组的运行性能,而且大大降低了变频器的容量,至今已逐渐发展成风力发电设备的主流。恒速恒频风力发电系统具有结构简单、成本低、过载能力强以及运行可靠性高等优点,是过去几年主要的风力发电设备。但是在恒速恒频风力发电系统中,一方面,风电机组直接与电网相耦合,风电的特性将直接对电网产生影响,另一方面,其发电设备为异步发电机,它的运行需要无功电源的支持,加重了电网的无功负担,使系统的潮流分布更加复杂。因此它的并网运行将给系统的规划、设计和运行带来许多不同于常规能源发电的新问题,随着风力发电规模的不断扩大,这些问题将愈加突出。1.3.2风电场与常规能源电厂主要区别风电场运行与常规能源发电厂相比在很多方面具有共性,需要解决的只是风力发电产生的特殊问题。风力发电与常规能源发电(比如火电、水电和核电)相比,主要区别如下：(1)由于风力的随机性和间歇性,风电场的有功输出亦具有随机性,大小取决于风速的变比,而常规能源的有功输出和无功输出都可以准确预测。(2)过去广泛采用的风电机组属于异步发电机,虽然在机端出口处装设无功补偿电容器组,但在输出有功的同时,发电机仍然会吸收电网的无功功率,从而引起机端出口电压的波动,而常规能源机组都是同步发电机组。(3)相对于常规能源机组,风电机组的单机容量较小,大量风电机组并列运行是风电场的重要特点。1.3.3并网存在的主要问题(1)风力发电机并网过程对电网的冲击异步发电机的并网条件是频率和电压要与电网一致。异步发电机直接并网时,没有独立的励磁装置,并网前发电机本身没有电压,因此并网时必然伴随一个过渡过程,流过5～6倍额定电流的冲击电流,一般经过几百毫秒后转入稳态。冲击电流的大小与其本身暂态电抗和并网时的电压高低有关,其有效值还与并网时的滑差有关。滑差越大则交流暂态衰减时间就越长,并网时冲击电流有效值也就越大。风力发电机组与大电网并联时,合闸瞬间的冲击电流对发电机及电网系统安全运行不会有太大影响。但对小容量的电网而言,风电场并网瞬间将会造成电网电压的大幅度下跌,从而影响接在同一电网上的其他电器设备的正常运行,甚至会影响到整个电网的稳定与安全。目前可以通过装设软起动装置和风机非同期并网来削弱冲击电流,但同时给电网带来一定的谐波污染。(2)风电场运行对电能质量的影响风速变化、湍流以及风力机尾流效应造成的紊流会引起风电功率的波动和风电机组的频繁启停;风机的杆塔遮蔽效应使风电机组输出功率存在周期性的脉动。功率的变化将会使电网频率在一定范围波动,影响电网中频率敏感负荷的正常工作。风电功率的波动势必会引起电压的变化,主要表现为:电压波动、电压闪变、电压跌落以及周期性电压脉动等。此外,风电机组中的电力电子控制装置如果设计不当,将会向电网注入谐波电流,引起电压波形发生不可接受的畸变,并可能引发由谐振带来的潜在问题。(3)对保护装置的影响为了减少风电机组的频繁投切对接触器的损害,在有风期间风电机组都保持与电网相连,当风速在起动风速附近变化时,允许风电机组短时电动机运行,因此,风电场与电网之间联络线的功率流向有时是双向的,风电场继电保护装置的配置和整定应充分考虑到这种运行方式。异步发电机在发生近距离三相短路故障时不能提供持续的故障电流,在不对称故障时提供的短路电流也非常有限。风电场保护在于如何根据有限的故障电流来检测故障的发生,使保护装置准确而快速的动作。另一方面,尽管风力发电提供的故障电流非常有限,但也有可能会影响现有配电网络保护装置的正确运行。(4)风电场运行对电网频率的影响在系统频率方面,风电场的影响取决于风电场容量占系统总容量的比例。当风电场容量在系统中所占的比例较大时,其输出功率的随机波动性对电网频率的影响会比较显著,影响了电网的一些频率敏感负荷的正常工作。由于目前国内风电场占系统总容量比例还比较低,因此,频率稳定并不是电网稳定运行中的主要问题[9]。1.4风力发电机的并网方式1.4.1直接并网这种并网方式要求并网时发电机的相序与电网的相序相同，当风力机驱动的异步发电机转速接近同步转速的90%-100%时，即可完成自动并网，如图1-1所示。自动并网的信号由测速装置给出，然后通过自动空气开关合闸完成并网过程。这种并网方式比同步发电机的准同步并网简单，但并网瞬间存在三相短路现象，并网冲击电流达到额定电流的4-5倍，会引起电力系统电压的瞬时下降，因此这种并网方式只适用于异步发电机容量在百千瓦级以下[12]。它的结构如图1-1所示。涡轮涡轮无功补偿发电机电网图1-1直接并网结构图1.4.2双馈并网针对定速型鼠笼发电机的缺点，变速双馈风力发电机的技术方案开始采用。变速双馈风力发电机，同样属于异步发电机。变速双馈风力发电机与定速型鼠笼发电机相同的是，发电机定子都直接并网，能将大部分电能输入电网，同时从电网吸收励磁功率;不同的是，双馈电机的转子侧通过功率变换器连接到电网。该功率变换器的容量仅为电机容量的1/3，并且能量可以双向流动。随着风电机转速的变化，双馈机转子绕组能将转子所产生的转差功率，通过变频器转化为工频电流，回输到电网，同时这部分工频电流也可以调节功率因数，从而使机组的总的功率因数得到改善。结构图如图1-2所示[11]。发电机发电机 涡轮涡轮电网电网DC/ACAC/DCDC/ACAC/DC图1-2双馈并网结构图1.4.3直驱并网电网永磁风力发电机是一种同步发电机，与大电网中的发电机属同一类型，所不同的是，它用永磁体替代普通发电机的励磁，省去电刷滑环，结构简单可靠，同时也节约了励磁功率，提高了发电机效率。随着风电机转速的变化，永磁风力发电机所发出的电的频率也是不断变化的。所以这类风机的定子必须通过一台全功率的变频器连接到电网。变频器，将这些频率不断变化电能改变为恒频恒压的交流电，输入电网。直驱并网的结构如图1-3所示。电网发电机发电机DC/ACAC/DC涡轮DC/ACAC/DC涡轮图1-3直驱并网结构图目前先进的风力发电机产品中的典型技术方案，不外乎变速双馈异步风力发电机和无齿轮箱变速永磁同步风力发电机两种，二者各有优劣。变速双馈异步风力发电机的变频器，功率约为机组功率的四分之一至三分之一，机组的总价格较低，但是存在齿轮箱，其维护保养费用远高于无齿轮箱变速永磁同步风力发电机。直驱式风力机具有传动链能量损失小、维护费用低、可靠性好等优点[16]。1.5直驱并网风机变流器的主要形式直驱并网型风力发电机中变流电路存在很多不同的电路拓扑结构，有以下几种：1.5.1二极管整流+晶闸管有源逆变其优点简单可靠，开关主器件完全能够国产化，大大降低了风机的成本。缺点:发电机功率因数低，在发电机输出电压低于电网电压(低风速)时无法将能量馈入电网。交流发电机交流发电机风轮升压变压器CL电网不控整流有源逆变图1-4二极管整流+晶闸管有源逆变电路1.5.2晶闸管整流+晶闸管有源逆变优点:可控整流，有效保护直流侧过载，缺点:与不可控整流一样，在发电机输出电压低于电网电压(低风速)时无法将能量馈入电网。但开关主器件完全能够国产化，大大降低了风机的成本。交流发电交流发电机风轮升压变压器CL电网相控整流有源逆变图1-5二极管整流+晶闸管有源逆变电路1.6本章小结本章主要分析了风力发电的现状，并网出现的问题，以及当前风机变流器主要形式的优缺点和发展方向，最后阐述了本文的主要工作。本文提出的晶闸管整流+晶闸管有源逆变变流电路的拓扑结构，经过理论分析，其在性能基本不变的情况下大幅度地降低了风机变流器的成本，提高了风机国产化的比重。2主电路设计2.1主电路原理变速风力发电机是现今最先进的一种风力发电机组类型。它已成为风力发电机组的主流。变速发电机所具有的如低风速时自动跟踪最大功率和高风速时可缓冲风机受到的机械冲击等特点，主要是通过其具有良好性能的变流电路及其控制方法而得以实现的。变速风力发电机中的变流电路种类繁多，其电路结构多种多样，但是其实现的功能和目标都是一样的，那就是如何将变压变频的交流电转换为与电网同频同相，能与电网实现柔性连接的交流电。由于其是将一定幅值和频率的交流电转换为另一幅值和频率的交流电，因此，有交交变流和交直交变流电路两种结构。但是交交变流电路诸如周波变换器要求输入电压(发电机输出电压)频率低于1/3输出电压(并网电压)50HZ频率，这样就要求发电机工作的频率低于16HZ，但是发电机最优工作频率很难达到16HZ，另外周波变换器采用的是晶闸管，需要的数量也较多，因此，交交变流电路很少在变速风力发电机中使用，主要用交直交变流电路。本章主要就晶闸管整流+晶闸管有源逆变变流电路结构拓扑进行分析和研究。2.1.1主电路工作原理本文中风力发电机的变流系统采用三相桥式晶闸管可控整流，把风机交流发电机发出的幅值不固定、频率不固定的交流电转化为直流，由经电容器的滤波转化成直流电压，经平波电感平流和限流后，再由三相桥式电路的晶闸管有源逆变器转化为与电网侧电压频率一致的交流电，经过一个升压变压器并到网上。下面是本文系统主电路拓扑图：交流发电交流发电机风轮升压变压器CL电网相控整流有源逆变图2-1主电路原理图如图2-1中，发电机使用的是永磁同步发电机，采用三相桥式全控整流电路对其进行6脉波整流，每个管子轮流导通120度，输出直流每周期脉动6次，最低次谐波频率为发电机频率的6倍，平均直流电压在输出端串上电感进行稳压，减小直流脉动。三相桥式逆变电路即是三相桥式全控整流电路在π/2<α<π范围内(对应0<β<π/2)作为有源逆变的运行方式，因此可利用整流电路的分析方法去分析三相逆变电路。三相桥式电路工作时，晶闸管成对导通，每个晶闸管导通/3角度，每隔π/3换流一次，元件按V1一V2一V3一V4一V5一V6顺序依次导通。平波电抗器L的电感量如果足够大，电流为平滑直流。和整流电路一样，每个晶闸管触发导通前有另一晶闸管正在导通，对于电流型电路，为了确保任何时刻上下两组晶闸管都有导通器件，有两种脉冲形式可以满足要求:一种是采用宽度大于60°小于120°的宽脉冲触发;另一种是在触发一个晶闸管时，同时给前一个晶闸管补发脉冲，即双窄脉冲触发，本文系统中采用的是用宽脉冲的形式来触发晶闸管[4]。2.1.2基本数量关系根据整流关系推导公式，电路在逆变状况下直流侧电压为:Ud＝2.34Uαcosβ（2-1）Uα为变压器次级相电压有效值，如果直接接至电网，就是三相电网的相电压。β是逆变控制角。设直流输入电压为Ui，直流电流的平均值为:Id＝（Ui－Ud）∕R（2-2）直流侧反馈至电网的有功功率为:Pd＝2.34UαIdcosβ（2-3）将(2-1)和(2-2)式代入（2-3）后得:Pd＝（2.34Uα/R）(Ui－2.34Uαcosβ)cosβ（2-4）当主回路结构一定时，改变输入直流电压以和逆变角β就能调节反馈电网的有功功率。一般情况下，有源逆变器的输入也是固定的，这时就只能依靠调节逆变角β来调节反馈功率的大小。反馈功率和逆变角β的关系如图2-2所示:PPβπ/2π/3π/6图2-2反馈功率和逆变角β的关系由图可知，在调节逆变角调节功率时，存在一个最大反馈功率值时的逆变角，从上式也可知该函数为cosβ的二次函数，存在最大值。2.1.3逆变颠覆及其防止晶闸管在逆变状态下，如果发生晶闸管触发不导通以及交流电源本身原因造成缺相，则逆变时的直流电源可能会通过逆变电路晶闸管形成短路，也可能使直流电源与逆变电路直流侧电压顺串短路。由于逆变电路中的限流电阻很小，将造成很大的回路电流，使逆变电路不能正常工作，造成重大事故。这种情况称为逆变颠覆或逆变失败。造成逆变颠覆的原因有以下几种：(1)晶闸管触发电路工作不可靠，不能适时、准确地给各晶闸管分配脉冲，如脉冲丢失或脉冲延时情况的出现。使得应该导通的晶闸管不能正常导通，致使直流侧电压极性相反，与直流电源顺极串联短路而造成逆变颠覆。(2)触发脉冲正常，晶闸管故障。在应该阻断期间，器件失去阻断能力，如断态重复峰值电压裕量不足，正向阻断期误导通，造成直流侧电源瞬时极性相反，也构成回路极性串联短路，逆变颠覆。(3)交流电源发生故障，如缺相、电源突然失电。由于直流输入电源仍存在，晶闸管仍可以导通，但此时没有平衡直流电源的交流电压，反电势将通过晶闸管短路，造成逆变颇覆。(4)当逆变角β较小时，由于换流重叠角的影响，造成晶闸管在关断时因承受反压时间不够而关断失败，从而导致逆变颠覆。为了防止逆变颠覆，在晶闸管相移有源逆变器中需要采取必要的措施。如选用高可靠的触发电路，正确选用晶闸管元件参数，特别是电压定额和承受du/dt，di/dt试的能力，以免发生误导通或导通失败。另外一个重要的措施是从逆变角的角度来考虑，必须限制逆变角在一个允许的最小角度βmin内。最小逆变角的选取有三个考虑因素:l)晶闸管的关断时间tq，以确保流过元件的电流为零后有足够的时间恢复正向阻断能力。一般元件的关断时间tq=200-300µs:对应的角度θ=4°-5°。2)换流重叠角µ，随直流平均电流及换流电抗的增大而增大。一般情况下µ=15°-20°。3)安全裕量φ=10°，以考虑触发脉冲出现的时间误差。这样，最小逆变角βmin=θ+µ+φ，一般βmin=30°-35°。当逆变电路工作时，必须保证β≧βmin[1]。2.1.4换流重叠现象和整流电路一样，实际逆变电路中各晶闸管支路总存在有各种电感，主要是变压器的漏感及线路的一些杂散电感。这些杂散电感总是要抑止电流的快速变化，使得实际逆变电路中晶闸管的换流不能瞬时完成。即导通元件中的电流不是由零瞬时增大到Id。关断元件中的电流也不是由Id瞬时下降为零，而完成这些过程需要一定的时间。这样，流经每个晶闸管的电流波形将为梯形波，如图所示。在换流所需的这段时间内，正在导通的管子电流在增长，而正在关断的管子电流在减小，两管同时处于导通状态，故称换流重叠现象。两个晶闸管同时导通的换流重叠时间折算成电角度γ称为换流重叠角。图2-3考虑换流重叠时流过晶闸管的电流波形与三相桥式整流电路一样，换流重叠角γ的计算公式为：cosα－cos(α+γ)＝2UBId∕Uα(2-5)Uα为电网相电压:Id为直流侧电流:XB为电网侧电感量为LB的变压器每相折算到次级绕组的漏感，XB=ωLB。与整流电路不同的是逆变过程的换流重叠现象将使直流侧电压Ud波形增加一块面积，造成直流平均电压Ud略有提高。计及换流重叠现象后，三相桥式逆变电路的直流平均电压为Ud＝2.34Uαcos(β-γ/2)cosµ/2(2-6)换流重叠角现象的存在对于逆变运行可能带来不良后果。如果逆变角β小于换流重叠角γ，则当经过自然换流点后，该截止的晶闸管仍继续导通，从而使Ud改变极性造成回路短路，出现逆变颠覆[5]。2.2控制系统概述任何控制系统都有三个基本要求:稳、准、快。为了满足系统无超调、抗扰动能力强，实时性、快速响应性好的要求，系统采用了增量式数字PID算法。控制系统框图包括电压电流采样单元、晶闸管触发电路、信号调理电路、低通滤波器。系统启动后，电压、电流检测单元对主电路直流电压、交流电流信号进行隔离、信号调理电路，由MCU的A/D单元进行采样，经过PID算法得出三相晶闸管触发角的控制电压，由经隔离和DAC芯片转换为0-5V电压，经CA6100触发电路转化为三相晶闸管的导通角在5-175°范围内可调，由隔离、驱动放大电路对晶闸管进行触发动作，从而实现对系统进行稳定的控制。控制电路作用主要是控制晶闸管逆变器的逆变角β，来调节直流母线上的电压使其稳定，将逆变器直流侧反馈电压与给定电压信号进行比较，当母线电压高于给定值时增大逆变角β，使并网电流增大，迫使母线电压降低，反之当母线电压低于给定值时减小逆变角β，使电压升高，从而达到母线电压稳定在给定值，控制方法是用增量式数字PID控制。而整流部分主要是控制母线电压不过载，即当风速过大时发电机发出的电压会过大，这时要增大整流器的整流角α，使其输出的母线电压下降达到防止母线电压过载的问题。整流器的控制:将直流侧电压取样反馈，通过ADC变换器得到数字值与给定参考电压比较，比较误差作为电压控制器的输入，只有当电压值大于母线过载电压时整流器才动作，这是电压控制的基本结构。逆变器的控制:在数字PID控制系统中，母线电压给定值通过计算求出，同时检测母线电压的反馈值，给定值与反馈值比较的结果决定DAC输出的电压信号通过晶闸管驱动电路控制3相逆变桥的逆变角β的大小，从而达到对母线电压的直接控制且使其跟踪电压给定值。2.3大功率晶闸管有源逆变器的硬件组成在以上理论基础上，分析了一台80kW晶闸管有源逆变器。控制方式采用增量式数字PID调节器，这一节将主要介绍研制情况。2.3.1有源逆变器的系统构成整个系统由整流部分、逆变部分、信号检测、脉冲触发、系统控制等几个部分组成。如图2-4所示:整流部分L逆变部分电网输入C脉冲触发及驱动信号检测电路脉冲触发及驱动信号检测电路微机控制MCU同步信号微机控制MCU图2-4晶闸管有源逆变系统框图整流部分是对于输入电源的形式进行转换，得到逆变需要的直流形式。由六个大功率整流晶闸管组成三相桥式可控整流，如图2-5所示:图2-5三相桥式可控整流电路逆变部分是整个系统的核心，它实现电能的变换，并使能量回馈至电网。平波电抗器L有三个作用：=1\*GB2⑴能使直流输出的电流更加平直，是电路中不可缺少的储能元件。=2\*GB2⑵对于输入电源的整流环节也是个滤波作用，在电抗器的电感量足够大的情况下，保证回路电流的平直。=3\*GB2⑶当逆变桥短路时，可以起到一个限流保护的作用，由于大电感的作用可以限制电流过大，从而得到足够的保护时间。滤波电容器的作用主要是滤波，使输出的直流电压平直。2.3.2三相晶闸管逆变触发晶闸管的导通和截止能否正常工作是整个系统实现的基础。晶闸管正常工作时的特性如下：=1\*GB2⑴当晶闸管承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通=2\*GB2⑵当晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能导通=3\*GB2⑶晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用，不论门极触发电流是否存在，晶闸管都保持导通=4\*GB2⑷若要使已导通的晶闸管关断，只能利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下根据晶闸管的特性，当其一旦导通，控制信号就不起作用了，所以一般是靠电网的负电压来关断晶闸管，即在换向时晶闸管的阴极电压高于阳极电压形成反向抽流，使晶闸管中电流低于导通的维持电流而关断，不需要外加电路也就是常说的自然关断。在三相逆变电路中，为了能够正常工作且具有调节功能，对于触发电路有以下要求:1)触发脉冲应与交流电源同步2)触发脉冲的相位应能调节，并且其调节范围满足一定要求3)触发脉冲的参数合乎要求本系统采用CA6100专用晶闸管触发装置，经改进调整，使其在给定电压信号下，输出60°宽脉冲束。整流触发角限定在0°<α<90°，即逆变角在30°<β<90°，有效防止逆变颠覆。2.4主电路设计2.4.1主变压器参数的计算主变压器在电路中有着重要作用。首先，发电机的额定电压与电网电压不一致，变压器可以起到变换电压的作用。其次，由于变压器具有一定的内阻抗，能减弱网侧电路的谐波电流，增强系统的抗干扰能力。再次，由于变压器的存在，使发电机与电网之间只有磁的联系，一旦发电机部分出现故障，不会波及电网，故障得以隔离。在本文系统中并网侧有源逆变器连接是三相桥式电路，原边接到电网上，副边接在逆变器的输出，所以可以得到原边电压为220V交流，副边电压为15V交流，由于直流母线上电压为690V，母线上限流电阻为10Ω，有前面给出的公式可以算出变压器副边电流I2=48.5A，变压器副边容量（2-7）由于变压器副边接有晶闸管逆变器，因此副边绕组上的电压是非正弦的，注入变压器的谐波分量较严重。通常，高次谐波会引起变压器的损耗增加，使得变压器发热量增加，并危及绕组的绝缘。变压器的谐波损耗分为绕组电阻损耗，其中高次谐波的涡流损耗占绝大部分，而且分布不均，容易导致局部绕组过热。因此根据经验，变压器容量取1.5--2倍的裕量。所以S2=8.91kVa。变压器原边绕组上的最大电压为380V，所以原边电流=7.82A(2-8)2.4.2晶闸管参数的计算=1\*GB2⑴电压容量选择根据分析可知，在正常工作情况下，晶闸管承受的正反向电压的峰值为主电路中变压器到相电压幅值的1.5倍。由前述可知，风力发电机所联电网电压的波动幅度较大。因此电压安全系数KU(1.5一2.0)要选取较大的数值。所以(2-9)故UT=1200V。=2\*GB2⑵电流容量选择通过每个晶闸管的电流的有效值IT与线电流I的关系为:(2-10)实际承受的最高等效平均电流ITav，为:(2-11)式中，Ki为电流安全系数，一般取Ki=2一3。则(2-12)取ITav=400A2.4.3瞬态抑制电路参数计算为了吸收换流过电压及电压上升率，减缓对晶闸管的冲击。必须加瞬态抑制电路，如图2-6所示:RSRCL图2-6晶闸管瞬态抑制电路其中，L为等效电感及线路电感之和，不仅能减小晶闸管开通时电流上升率，而且能抑制其电压上升率。=1\*GB2⑴阻容参数的选择阻容吸收回路主要是利用电容两端电压不能突变的特性来吸收尖峰状的过电压，保护晶闸管。考虑到避免在RC电路中产生较大的功率损耗，电容C的数值不宜取得太大，应兼顾过电压和电压上升率的抑制。电阻R可以阻尼LC电路的振荡，防止因振荡产生过电压;另外，可以减小电容C的放电电流、从而减小晶闸管的开通损耗。例如本文系统中情况根据晶闸管的电压、电流容量、可以得到R、C的经验值:R=35Ω，C=0.33µF电阻的功率:(2-13)式中，f为晶闸管换流频率，因为晶闸管为三相桥式连接，电源频率为50Hz，f=100Hz;Ucm为电容上电压最大值，Ucm=UT。所以(2-14)由于实际电路中往往还有其他一些原因引起电阻消耗功率，使其消耗功率加大，所以取PR=15w。电容耐压：(2-15)因为电网电压波动较大，取UC=1000V。但是阻容电路吸收过电压的能力是有限的，出现雷击等原因引起电网上产生更高的过电压，或者过电压的持续时间比较长，过电压仍会超过允许值。因此，在晶闸管两端再并接压敏电阻。=2\*GB2⑵压敏电阻参数的选择压敏电阻正常工作时漏电流小、损耗小，而泄放冲击电流能力强，抑制过电压能力强，且对冲击电压反应快，得到广泛应用。压敏电阻选用时，主要考虑其两个特性参数:1)标称电压UM应大于电路正常工作时其两端电压的峰值。UM=(1.15-1.3)×1.5×U2=(700--790)V(2-16)取UM=750V2)额定通流容量应大于电路工作时实际出现的浪涌电流值，可选取5-10(KA)[13]。2.4.4快速熔断器的参数选择快速熔断器串联在三相交流进线中，对主电路中出现的过流起保护作用。熔断器主要有熔体和安装熔体的导电零件组成，此外还有绝缘座和绝缘管等。=1\*GB2⑴额定电压的选择这一参数是指快速熔断器在熔丝熔断后所能承受的电压有效值。因此，其至少应能够承受相电压有效值的1.5。考虑到开断时电路中等效电感会产生感应电压，所以适当提高电压等级，选取额定电压为750V。=2\*GB2⑵额定电流I的选择这一参数是指能长期承受的最大电流(有效值)。选取原则:KiI>I*>I(2-17)式中Ki为晶闸管电流安全系数；I为实际工作电流的有效值。因此选取I*=500A[6]。2.5本章小结本章主要分析了系统主电路的原理拓扑，数学关系式，控制算法的可行性分析，以及解释了逆变失败等事项。最后经详尽的计算得出主电路各个器件的参数。本章可以说是在理论上奠定了坚实的基础，并对系统的可行性也进行了验证，接下来就需要根据此类参数进行硬件主电路的搭建，控制电路的设计和谐波及无功分析。3控制系统的实现3.1控制系统设计3.1.1控制系统功能描述控制系统硬件电路主要包括主控芯片电路、D/A转换及其与单片机的光电接口电路和晶闸管驱动电路CA6100以及在并网逆变器输出侧并联滤波器可以更好地抑制谐波，使送入电网的交流电能满足电网要求。本文系统控制采用的是先进增量式数字PID控制原理，由主控芯片ATmega16单片机实现运算，系统采样的数据通过ATmega16的ADC转化单元输入到单片机中，经过PID环节的计算后得出控制信号输出到系统中的DAC转换器中经CA6100晶闸管触发板缓冲后直接控制三相桥式晶闸管的触发角。3.1.2ATmega16单片机特性简介ATmega16是基于增强的AVRRISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16的数据吞吐率高达1MIPS/MHz，从而可以减缓系统在功耗和处理速度之间的矛盾。ATmega16AVR内核具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器。所有的寄存器都直接与运算逻单元(ALU)相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。这种结构大大提高了代码效率，并且具有比普通的CISC微控制器最高至10倍的数据吞吐率。ATmega16有如下特点:16K字节的系统内可编程Flash(具有同时读写的能力，即RWW)，512字节EEPROM，1K字节SRAM，32个通用I/O口线，32个通用工作寄存器，用于边界扫描的JTAG接口，支持片内调试与编程，三个具有比较模式的灵活的定时器/计数器(T/C),片内/外中断，可编程串行USART，有起始条件检测器的通用串行接口，8路10位具有可选差分输入级可编程增益(TQFP封装)的ADC，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个SPI串行端口，以及六个可以通过软件进行选择的省电模式。工作于空闲模式时CPU停止工作，而USART、两线接口、A/D转换器、SRAM、T/C、SPI端口以及中断系统继续工作；掉电模式时晶体振荡器停止振荡，所有功能除了中断和硬件复位之外都停止工作；在省电模式下，异步定时器继续运行，允许用户保持一个时间基准，而其余功能模块处于休眠状态；ADC噪声抑制模式时终止CPU和除了异步定时器与ADC以外所有I/O模块的工作，以降低ADC转换时的开关噪声；Standby模式下只有晶体或谐振振荡器运行，其余功能模块处于休眠状态，使得器件只消耗极少的电流，同时具有快速启动能力；扩展Standby模式下则允许振荡器和异步定时器继续工作。本芯片是片内ISPFlash允许程序存储器通过ISP串行接口，或者通用编程器进行编程，也可以通过运行于AVR内核之中的引导程序进行编程。引导程序可以使用任意接口将应用程序下载到应用Flash存储区(ApplicationFlashMemory)。在更新应用Flash存储区时引导Flash区(BootFlashMemory)的程序继续运行，实现了RWW操作。通过将8位RISCCPU与系统内可编程的Flash集成在一个芯片内，ATmega16成为一个功能强大的单片机，为许多嵌入式控制应用提供了灵活而低成本的解决方案。ATmega16具有一整套的编程与系统开发工具，包括：C语言编译器、宏汇编、程序调试器、软件仿真器、仿真器及评估板[10]。3.2控制系统硬件设计3.2.1控制系统硬件结构原理根据控制系统包含的功能和所选择的主控制器特点，所设计的变流装置控制系统硬件结构原理如图所示。晶闸管触发电路CA6100D/A转换器晶闸管触发电路CA6100D/A转换器ATmega16I/O口输出ATmega16I/O口输出数字PID数字PID三相交直交变频主电路A/D采样调理电路整流输出采样电压三相交直交变频主电路A/D采样调理电路A/D转换整流输出采样电流A/D转换逆变并网侧采样电压逆变并网侧采样电流图3-1控制系统框图3.2.2主控芯片的功能ATmega16这款单片机是AVR系列单片机中最高端型号，非常适合本文的逆变控制系统。选择它作为本系统主控芯片的原因有以下几个:=1\*GB2⑴它应用的是精简指令集，所以运算速度快，能满足本系统的要求。=2\*GB2⑵它自身集成了一个10位的多通道模数转换器，从而省去了外加ADC转换器带来的成本升高系统不稳定的缺点。=3\*GB2⑶它能支持ISP在线编程即无需更换芯片即可使系统升级。3.2.3DAC转换器图3-2MAX5154内部结构图MAX5154内部的运算放大器增益可以设置成1或2。还可设置成单极性或双极性输出电压。MAX5154利用1个带有单电源供电的运算放大器“倒转的”R-2R梯形网络，将10位数字信号转换为模拟电压信号。由于电流输出型A/D转换器的REFIN引脚是运算放大器求和的连接点或虚地。然而，相对参考电压来说这种应用会导致输出电压反向，MAX5154的拓扑使得输出的极性与参考电压输入极性相同。上电时，内部复位电路使DAC寄存器复位为零，此外，当CLR引脚保持低电平时，使寄存器都置零，CLR引脚的工作异步并独立于片选CS端。此外，MAX5154内部带有2.048V的电压基准源，可以作为A/D采集单元的参考电压。3.2.4D/A转换器与单片机的光电接口电路图3-3DAC与MCU之间的光电接口电路为保证转换的精度并减少接线D/A转换选用串行12位D/A转换器MAX5154。该芯片具有功耗低，抗干扰等优点，广泛适用于工业过程控制、自动测试、智能仪器仪表等领域。MAX5154是双通道，12位分辨率，电压输出的D/A转换器，每路DAC都由输入寄存器和DAC寄存器组成的双缓冲输入。此外，MAX5154是与SPFQSPI和Microwire串行接口兼容的三线串行接口，在系统中MAX5154作为接受器件，由单片机发出的片选信号、输入数据，在芯片内串行控制的作用下，将串行信息首先输入16位移位寄存器。在过程控制中，由于被控对象往往处在较强的噪声环境中，因此，为确保系统可靠地工作，采用光电隔离的方法，切断单片机与外设之间的公共地线进入单片机系统。一般来说，可采用数字隔离及在I/O与D/A之间进行隔离。具体做法是用锁存器对地址信号、控制信号、数据信号进行锁存，在通过光耦器件对信号进行隔离，然后用这些信号对D/A芯片进行操作，完成多路开关的选通，完成D/A转换。这种方法可靠、方便、经济，不影响D/A的精度和线性度。电路如图3-3所示[13]。3.2.5晶闸管通用触发电路CA6100为了保证三相桥式晶闸管主电路的正常工作，晶闸管的触发电路应满足下列要求:(1)在三相电路中，必需上下桥臂至少要有一相晶闸管导通，否则不能构成电流的通路。(2)为了保证电路起始工作时两个晶闸管能够同时导通，并且在并网时控制角较大时，仍能保证不同相的上下桥臂的两个晶闸管同时导通，本系统采用宽脉冲(>60°)触发电路。(3)各触发电路应与相应的网侧交流电压相序一致，并且保持同步。传统的晶闸管触发电路是KC、KJ小规模集成电路。他们的基本控制思想都是利用将同步正弦波信号处理后得到的三相锯齿波与直流控制信号相比较，以获得相移信号的参考点。比较信号中小的干扰就可能造成较大的相移误差，因而电路的可靠性和自动平衡能力较差。CA6100通用三相晶闸管触发板则完全脱离了前述的控制思路，它利用锁相环技术、根据压控振荡器(VCO)锁定的三相同步信号之间的逻辑关系设计出的晶闸管触发系统。CA6100电路是以40芯CMOS大规模集成电路(专用芯片)为核心，利用锁相环技术(PLL)和多芯片合成技术(MCM)，根据压控振荡器(VCO)锁定的三相同步信号间的逻辑关系设计出的一种晶闸管触发系统。0-5V的直流输入电压信号，可以控制输出脉冲的移相从5-175度可调。用计算机送出的D/A信号控制大功率晶闸管的工作。三相晶闸管逆变器可以通过改变晶闸管的逆变角β的大小来调节逆变器输入的直流电压和逆变输出的交流电流的有效值。而整流器是控制它的触发角a来控制防止直流母线上电压过载。系统把从主电路上采集来的数字反馈信号值和给定值进行差分比较再通过数字PID算法得到输出为0-5V的信号电压给三相晶闸管触发电路CA6100，CA6100即可实现把电压值转换为相应的晶闸管触发角并对晶闸管进行触发导通，从而达到对整流器和逆变器的控制。触发电路只要由以下几个部分构成:相位基准电路，缓冲放大器，锁相环，缺相检查及禁止电路，相序检测，监控电路，脉冲放大电路和脉冲放大器。其结构原理如图3-4所示:缓冲放大控制电路缓冲放大环路滤波器A环路滤波器计数器VCO检相器B计数器VCO检相器C禁止接口禁止接口逻辑阵列相序检测逻辑阵列相序检测触发脉冲触发脉冲图3-4CA6100晶闸管触发结构原理图3.2.6主电路的信号检测为了有效的检测到主电路的输出电压、电流，需要对整流后直流电压、电流，交流网侧三相输出电压、电流进行信号采样。在许多实际系统中，主电路的电流数值较大，为便于测量和控制，就需要将大电流信号转换为小电流信号，常用的元器件有分流器、霍尔电流传感器和电流互感器。分流器相当于功率较大的采样电阻，应用时串联在主回路中而从其两端输出小的电压信号，对应分流器的额定电流一般输出为75mA。因此输入与输出之间没有电的隔离，而且输出信号一般经过放大之后再进行控制。霍尔电流传感器输入输出之间具有良好的电隔离，被测信号的频率范围较宽，测量结果具有良好的精确度和线性度，但是正常工作时需要外接直流稳压电源，且一般为正负双电源。普通的电流互感器原理如图3-5所示，输入与输出之间具有良好的电隔离，在规定的工作频率下有较高的精确度。额定二次电流一般为5A，少数有1A、0.5A、1A。正常工作时在副边接测量回路(测量仪表)或保护回路(接继电器)，运行在近似短路状态。其主要参数有:=1\*GB2⑴电流比额定电流比:K1n=I1n/I2n=N2/N1=2\*GB2⑵负荷和容量额定负荷一般很小，不超过几欧姆。=3\*GB2⑶额定电压其误差ε的计算公式为:ε=KZ02/N22Sµ=K(Z2+Z)/N22Sµ(3-1)式中，K一常数;Z2一二次绕组内阻抗;Z一二次负荷阻抗;Z02一二次回路总阻抗;N2一二次绕组匝数;S一铁心截面;µ一铁心磁导率II1I2R被测线路图3-5电流互感器原理图对于直流侧输出电压，采用分压比为100:1的专用分压器进行降压，再通过霍尔电压传感器KV10A/P进行采集。KV10A/P模块是磁平衡式电流传感器，利用霍尔效应，采用磁补偿原理，被测回路与输出回路绝缘，输出电流正比于被测电压。二次电流采集则采用回路串电阻的方式，采样电阻采用1Ω/5W的功率电阻，同时在电阻两端并联无极性电容和快速恢复二极管作为保护电路，防止反应器放电时出现电压尖峰，对控制系统造成损害。对于交流侧输出电压，采用380V/5V的变压器进行降压，并实现了电源主电路和控制系统的隔离。对于一次电流的检测，则选用DELIXI的LMZJI一0.5系列电流互感器，其电流比为150A/5A，再通过调理电路接入ATmega16的ADC转换器。采样输入调理电路主要作用是把采样反馈回来的信息通过隔离变压器与控制系统进行隔离，再通过精密整流电路整流，运算放大电路进行成比例的缩放到0一5V稳定的直流电压信号，输出给MCU的ADC转换器，可以说信号调理电路起着传感器和ADC转换器之间纽带的作用。如图3-6所示为本设计中信号调理电路的电路原理图。图3-6交流采样调理电路原理图3.3控制系统软件设计系统主程序流程图如图3-7所示:上电复位上电复位数据分析数据分析初始化MCU,ADC,DAC,定时器初始化MCU,ADC,DAC,定时器数字滤波开中断数字滤波开中断关闭脉冲输出是否故障？等待中断是关闭脉冲输出是否故障？等待中断是否中断？否否是否中断？PID调节PID调节输出信息给ADC是输出信息给ADC启动ADC采集电压，电流信息启动ADC采集电压，电流信息返回返回图3-7系统软件流程图系统上电复位后进行初始化，包括MCU的I/O设置、ADC模块定时器的设置，其中定时器中断时间周期设置为A/D采样周期。初始化完毕后，开中断，等待中断。响应中断后，根据中断向量寄存器的值判断中断类型。如果中断为定时器中断，则启动ADC模块，采集各路电压、电流信号并进行数据分析。如果数据分析表明系统发生故障(包括过压、过流、缺相等)，进入故障处理程序，关闭脉冲输出，使主电路停止工作如果数据分析表明系统工作正常，则根据参数设置进行PID计算，调节输出脉冲的相角，达到闭环控制使母线上电压稳定在给定值上。3.3.1PID算法PID控制是一种线性控制算法，根据给定与实际值构成控制偏差，将偏差的比例、积分和微分通过线性组合达到控制目标。比例控制可以提高系统的动态响应速度，积分控制可以消除系统的稳态误差，微分控制可以减小调节时间和超调量。PID算法分为位置型和增量型，由于位置型PID需要用到各采样时刻的偏差值，计算复杂，且需要占用内存。而增量型PID有误动作小、易于实