【正文】 個(gè)數(shù)字信號(hào)的正向脈沖信號(hào)，這時(shí)，DSP會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷。 過零檢測(cè)電路傳感器檢測(cè)到的電網(wǎng)電壓信號(hào)送入到放大電路中，放大電路由LM258來搭建。為了使其輸出信號(hào)能夠被 DSP 檢測(cè)和處理。圖中由 R3和 C2構(gòu)成 AD輸入的低通濾波器，采用D1和D2作為DSP端的限幅電路。這個(gè)輸入信號(hào)首先經(jīng)過一個(gè)電壓跟隨器。在設(shè)計(jì)中，霍爾電壓傳感器輸出的電壓幅值在[5V，5V]的范圍內(nèi)。該傳感器具有3kV的絕緣電壓，電源電壓177。利用CCS開發(fā)調(diào)試數(shù)字信號(hào)處理產(chǎn)品時(shí)，： 采用CCS開發(fā)過程在這幾個(gè)開發(fā)階段中，經(jīng)常利用CCS來實(shí)現(xiàn)以下功能單步調(diào)試、設(shè)置斷點(diǎn)、觀察變量、配置存儲(chǔ)器和寄存器、觀察調(diào)用堆棧、觀察圖形、編輯源代碼、觀察反匯編和C指令執(zhí)行情況等。主頻由40MHz提高到100MHz,結(jié)構(gòu)采用100管腳，體積更小，功耗低，運(yùn)算能力強(qiáng)，大量應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，尤其在逆變器、數(shù)字電源、數(shù)字馬達(dá)控制以及智能傳感器控制等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。通過計(jì)算得出， （）整合式（）與式（）得到，電感L的取值范圍。忽略電路中的電阻R，則電感L的計(jì)算是：在輸入電壓和輸出電壓確定的情況下，輸出濾波電感的最小值主要由設(shè)定的電感電流紋波的大小來決定。在全橋并網(wǎng)逆變電路中，主功率開關(guān)管承受的最大電壓應(yīng)超過直流輸入側(cè)的最大電壓(450V)，同時(shí)從余量和線路寄生參數(shù)影響等方面考慮，選取的IGBT耐壓值應(yīng)大于500V。開關(guān)管IGBT的選擇。同時(shí)，為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋無功能量提供通道，逆交橋各臂都并聯(lián)了反饋二極管，在兩對(duì)IGBT管交替重復(fù)的過程中，這些二極管還起到了續(xù)流的作用。當(dāng)逆變器電路接上直流電源后，先由VV4導(dǎo)通，VV3截止，則電流由直流電源正極輸出，經(jīng)Vl、濾波器、V4后，再回到電源負(fù)極。5. 濾波電路為保證逆變器輸入輸出信號(hào)都能滿足相關(guān)要求，本設(shè)計(jì)在交流輸出側(cè)串聯(lián)濾波電感，從而實(shí)現(xiàn)以下作用：（1）濾除開關(guān)管產(chǎn)生的高頻諧波，保證輸出高質(zhì)量的正弦電流；（2）利用電感對(duì)電流的阻尼作用，穩(wěn)定電流，保證系統(tǒng)穩(wěn)定。當(dāng)系統(tǒng)故障時(shí)，要求逆變器能迅速作出反應(yīng)。2. 主控單元主控制器部分的設(shè)計(jì)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的部分，主控單元的性能直接影響系統(tǒng)各項(xiàng)控制指標(biāo)，經(jīng)過對(duì)各種控制芯片的比較，最終選擇TI公司DSP（TMS320F2808）芯片。 單相并網(wǎng)逆變系統(tǒng)主電路拓?fù)鋱D 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及各組成部分介紹本文設(shè)計(jì)的并網(wǎng)逆變器功率為10kW，從圖中可以看出，并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)主要有以下幾個(gè)部分：輔助電源電路、主控單元、逆變驅(qū)動(dòng)電路、信號(hào)采樣調(diào)理及故障檢測(cè)電路、濾波電路、通訊接口電路。在實(shí)際應(yīng)用中，較少采用電流型并網(wǎng)逆變器，這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)供電電源都屬于電壓型，另外輸入級(jí)串聯(lián)電感不論在價(jià)格還是體積上都不如電容，另外所串聯(lián)的二極管會(huì)產(chǎn)生損耗，影響效率。根據(jù)逆變器輸出相數(shù)的不同，可以劃分為單相逆變器、三相逆變器：根據(jù)直流輸入端儲(chǔ)能元件的不同，又可以分為電壓型并網(wǎng)逆變器和電流型并網(wǎng)逆變器[12]。2 單相并網(wǎng)逆變器的總體設(shè)計(jì) 單相并網(wǎng)逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并網(wǎng)逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有很多形式，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同，具有的特點(diǎn)不同，相應(yīng)的控制方法也不盡相同，所以要先確定符合設(shè)計(jì)要求的拓?fù)洌缓笤僬归_相關(guān)研究。3多臺(tái)并網(wǎng)逆變器并聯(lián)技術(shù)的研究多臺(tái)逆變器并聯(lián)可實(shí)現(xiàn)大容量供電和冗余供電，因而被公認(rèn)為當(dāng)今逆變技術(shù)發(fā)展的重要方向之一[18]。在控制方法上，隨著各種高速的數(shù)字信號(hào)處理器DSP（Digital Singnal Processor）的出現(xiàn)，將先進(jìn)的數(shù)字控制應(yīng)用到并網(wǎng)逆變器的控制中的研究將到達(dá)理想的控制效果，這也是目前研究高性能并網(wǎng)逆變器的一個(gè)特點(diǎn)[12]。但是，隨著世界各國(guó)對(duì)可再生能源開發(fā)重視程度的不斷提高，針對(duì)并網(wǎng)逆變器的技術(shù)研究也越來越多，人們對(duì)以往控制技術(shù)的不足，紛紛提出了很多的研究方向，大體可以分為以下幾個(gè)方向：1并網(wǎng)逆變器的拓?fù)浞诸惣翱刂品椒ǖ难芯磕壳把芯咳藛T提出針對(duì)不同的系統(tǒng)要求，逆變器應(yīng)該有著各種不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對(duì)于功率較小的并網(wǎng)逆變器可以采用高效、低成本的單級(jí)變換器，而多級(jí)逆變器變換結(jié)構(gòu)可以使用在大功率、寬電壓范圍的輸入的應(yīng)用場(chǎng)合[10]。人們對(duì)可再生能源并網(wǎng)發(fā)電的技術(shù)進(jìn)行了大量的研究，并使得該技術(shù)得到了迅速的發(fā)展和應(yīng)用[7]。由于本次研究主體是對(duì)于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的單相逆變器并網(wǎng)運(yùn)行，所以必須得兼顧一些風(fēng)電行業(yè)必須面對(duì)的問題與挑戰(zhàn)。其中單級(jí)式并網(wǎng)逆變器，將直流電直接經(jīng)過一級(jí)直交變換并網(wǎng)。然后用有保護(hù)電路的逆變電源，把電池里的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成交流電并入電網(wǎng)，才能保證穩(wěn)定使用。中國(guó)將成為繼歐洲、美國(guó)和印度之后發(fā)展風(fēng)力發(fā)電的主要市場(chǎng)之一[2]。除水力發(fā)電技術(shù)外，風(fēng)力發(fā)電是新能源發(fā)電技術(shù)中最成熟、最具大規(guī)模開發(fā)和最有商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式[1]。我國(guó)的并網(wǎng)風(fēng)電在“十五”期間也得到迅速發(fā)展。隨著風(fēng)電場(chǎng)的容量越來越大，對(duì)系統(tǒng)的影響也越來越明顯，研究風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)系統(tǒng)的影響已成為重要課題[3]。在這次仿真研究中，我主要就單相逆變器并網(wǎng)控制技術(shù)的工作原理學(xué)習(xí)了解，并設(shè)計(jì)一種基于DSP控制的單相逆變器。雙級(jí)式并網(wǎng)逆變器，由DC/DC升壓和DC/AC逆變兩級(jí)變換構(gòu)成，一般用于直流側(cè)電壓較低、單機(jī)容量較小的場(chǎng)合[4]。由于我國(guó)的風(fēng)電并網(wǎng)采用“大規(guī)?！呒小唠妷骸h(yuǎn)距離輸送”與歐洲的“分散上網(wǎng)、就地消納”并網(wǎng)方式不同，所以對(duì)于電能并網(wǎng)的穩(wěn)定性和應(yīng)急能力有極高的要求[6]。目前廣泛應(yīng)用于可再生能源回饋電網(wǎng)系統(tǒng)中的方案是：首先將可再生能源轉(zhuǎn)化成電能的形式，然后將電能調(diào)節(jié)成滿足正弦波脈寬調(diào)制SPWM（Sinusoidal Pulse Width Modulation）全橋逆變器需要的直流電壓，最后經(jīng)SPWM全橋逆變器將可再生能源回饋給交流電網(wǎng)。除此以外，逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中還包括單相、三相；隔離、非隔離；功率單向流動(dòng)、雙向等各種形式 [11]。2逆變器并網(wǎng)控制技術(shù)的研究研究人員認(rèn)為作為一個(gè)功能完整的并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)，其工作模式應(yīng)比通常的獨(dú)立逆變器更為復(fù)雜，它不僅可在無市電接入時(shí)獨(dú)立作為電壓源逆變，也能在并網(wǎng)時(shí)作為電流源工作[13]。多臺(tái)逆變器并聯(lián)實(shí)現(xiàn)擴(kuò)容可大大提高系統(tǒng)的靈活性，使系統(tǒng)的體積重量大為降低，同時(shí)其主開關(guān)器件的電流應(yīng)力也可減少，從根本上降低成本和提高功率密度及系統(tǒng)可靠性[19]。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)逆變器的各種性能指標(biāo)有很大影響，逆變器的效率和制造成本都與拓?fù)溆嘘P(guān)。本文重點(diǎn)研究單相電壓型并網(wǎng)逆變器，電壓型逆變器最大的特點(diǎn)是在直流輸入側(cè)并聯(lián)濾波電容以穩(wěn)定直流輸入電壓，輸入可看成恒壓源，通過控制開關(guān)管動(dòng)作，在輸出端生成一列幅值固定、脈寬變化的方波電壓。但它也有自己的優(yōu)勢(shì)，那就是不要求直流電壓必須高于網(wǎng)側(cè)電壓峰值，低于電網(wǎng)電壓也能工作，這省去了中間DC/DC升壓環(huán)節(jié)的開銷，且采用電感更加耐用，不經(jīng)常更換，可靠性會(huì)提高很多，所以科研人員對(duì)電流型并網(wǎng)逆變器也作了大量研究[13]。各部分作用不同，分工協(xié)作，組成一個(gè)整體。具體描述如下：（1）產(chǎn)生IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)；（2）對(duì)電網(wǎng)電壓完成鎖相，產(chǎn)生同頻同相的基準(zhǔn)信號(hào)；（3）完成對(duì)反饋電流信號(hào)的控制；（4）實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)保護(hù)功能；（5）實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。需要采樣的信號(hào)經(jīng)采樣電路送入DSP中，主要包括以下信號(hào)：（1）直流母線電壓采樣；（2）直流電流采樣；（3）電網(wǎng)電壓信號(hào)，需要測(cè)出幅值、頻率及相位；（4）并網(wǎng)電流信號(hào)；（5）逆變器溫度信號(hào)檢測(cè)；（6）繼電器開關(guān)信號(hào)。6. 通訊電路通訊電路可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能，隨時(shí)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀況實(shí)施監(jiān)控，便于遠(yuǎn)程控制。當(dāng)VV4截止后，VV3導(dǎo)通，電流從電源正極經(jīng)V濾波器、V2后，再回到電源負(fù)極。 系統(tǒng)主電路參數(shù)設(shè)計(jì)直流側(cè)輸入電壓Ud的選擇，并網(wǎng)系統(tǒng)直流側(cè)的電壓必須大于交流側(cè)的峰值電壓，否則系統(tǒng)不能正常工作。當(dāng)并網(wǎng)逆變器電路正常工作時(shí)，流經(jīng)功率開關(guān)管IGBT的電流峰值與濾波電感電流峰值一致，同時(shí)考慮到余量，則要求開關(guān)管的電流額定值必須略大于電感峰值的最大值。頻率20KHz。設(shè)電感L上的電流紋波最大值為，則對(duì)于電感L有： （）因?yàn)?，代入式（）則 （）其中，為載波周期，為直流側(cè)電壓。 （）3 并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)上章中對(duì)單相并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)及各部分模塊的功能作了詳細(xì)介紹，本章主要就控制系統(tǒng)的硬件具體實(shí)現(xiàn)作全面介紹。F2808外設(shè)資源豐富、片內(nèi)存儲(chǔ)空間足以滿足平常使用、足夠多的I/O口、非常迅速的A/D轉(zhuǎn)換速率等，并且與TMS320F280x系列其他芯片相比具有相同的管腳結(jié)構(gòu)，代碼也完全兼容，具有很好的可移植性。 并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 輔助電源設(shè)計(jì)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的輔助電源，從直流輸入取電，采用控制芯片UC3844，經(jīng)變壓器產(chǎn)生四路相互隔離的電源，分別供給主芯片、IPM模塊、繼電器和各種有源芯片。15V，輸入額定電流為177。這樣的輸出的電壓顯然與 DSP 的端口不匹配，必須要設(shè)計(jì)電壓檢測(cè)電路和信號(hào)調(diào)理電路。這個(gè)電壓跟隨器由運(yùn)算放大器構(gòu)成，它將傳感器的輸出信號(hào)減半，輸出范圍為[，]的模擬信號(hào)；將模擬信號(hào)輸入到加法器中處理后輸出單極性的范圍為[0V，5V] 的信號(hào)。 電流檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中交流側(cè)電流信號(hào)也需要被采集到控制系統(tǒng)中，本設(shè)計(jì)選用型號(hào)HNC100LA的霍爾電流傳感器將交流側(cè)電流信號(hào)處理成一定比例的弱電壓信號(hào)HNC100LA型霍爾電流傳感器的性能良好： 的絕緣電壓，電源電壓為177。 過零檢測(cè)電路設(shè)計(jì)在系統(tǒng)工作的時(shí)候，需要檢測(cè)電網(wǎng)電壓的相位和頻率輸入到主控芯片中來實(shí)現(xiàn)同步。用這個(gè)放大電路控制Q1的開斷。這樣就能確定過零點(diǎn)，以此控制輸出電流和電網(wǎng)同步。本文采用光電耦合驅(qū)動(dòng)器HCPLJ312。主程序主要完成DSP系統(tǒng)的各類初始化設(shè)置，包括各類寄存器的配置，中斷使能等。 N Y 定時(shí)器下溢中斷流程圖定時(shí)器下溢中斷的一個(gè)很重要的作用就是生成SPWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)。比較寄存器裝載正弦波離散化后各個(gè)比較點(diǎn)的幅值，當(dāng)計(jì)數(shù)器的值與比較寄存器的值相等時(shí)，按照相關(guān)動(dòng)作寄存器的配置產(chǎn)生高低電平。在本設(shè)計(jì)中，載波頻率設(shè)為10kHz，調(diào)制波頻率50Hz，所以載波比為200。通常鎖相環(huán)的實(shí)現(xiàn)，都是先將電網(wǎng)電壓經(jīng)過零比較電路，生成同步方波信號(hào)，然后通過DSP的Capture捕捉中斷判斷過零點(diǎn)并通過時(shí)間寄存器實(shí)現(xiàn)鎖相。該算法的基本思想是：根據(jù)控制芯片的字長(zhǎng)，定義一個(gè)長(zhǎng)度等于器件字長(zhǎng)的相位指針PhaseIndex，該指針在調(diào)制頻率下按照一定步長(zhǎng)產(chǎn)生步進(jìn)，會(huì)有周期性溢出，利用這個(gè)特點(diǎn)可以產(chǎn)生同頻率的調(diào)制信號(hào)去控制開關(guān)管通斷[25，26]。從上面的描述可以看出，鎖相的過程包括兩部分，頻率跟蹤和相位同步。先調(diào)頻后調(diào)相法是將調(diào)頻和調(diào)相分開進(jìn)行，首先實(shí)現(xiàn)輸出和輸入的頻率達(dá)到一致，然后再考慮調(diào)相，最終使頻率和相位都達(dá)到一致；同時(shí)調(diào)頻調(diào)相法是將調(diào)頻調(diào)相同時(shí)進(jìn)行，即通過調(diào)頻實(shí)現(xiàn)調(diào)相，調(diào)頻的同時(shí)能過實(shí)現(xiàn)調(diào)相，使頻率和相位同時(shí)與輸入達(dá)到一致[27]。發(fā)生定時(shí)器下溢中斷時(shí)，為了對(duì)發(fā)生中斷的次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可以設(shè)置一個(gè)變量n，在eCAP 1再次捕獲到電網(wǎng)電壓過零點(diǎn)時(shí)，首先判斷n是否超出頻率正常范圍，設(shè)定頻率正常范圍為49Hz～51Hz，則n的正常范圍為196～204，然后比較變量n和載波比N，如果n=N，說明頻率相同，定時(shí)器周期值不變；如果變量n≠N，定時(shí)器周期值改為，式中T*為根據(jù)前一個(gè)載波周期算出的新的載波周期，并將該值賦給周期寄存器，用于計(jì)算下一個(gè)正弦周期SPWM波的占空比。IPM模塊本身具有故障保護(hù)功能，為了更好的實(shí)現(xiàn)保護(hù)，提高系統(tǒng)的可靠性，硬件上使用了三態(tài)門LVXC3245，可以通過控制OE端控制PWM的輸出，OE端拉高時(shí)，可以封鎖PWM輸出。 SPWM技術(shù)簡(jiǎn)介PWM控制技術(shù)，也稱脈寬調(diào)制技術(shù)，顧名思義，就是對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)。將直流輸入電壓加在逆變器的輸入端，通過SPWM調(diào)制生成驅(qū)動(dòng)脈沖控制開關(guān)管的動(dòng)作進(jìn)而生成SPWM波，再經(jīng)過濾波電容濾波后即可得到正弦輸出。同時(shí)定義調(diào)制比為正弦調(diào)制波的輔助與三角載波的幅值之比，頻率比為三角載波與正弦調(diào)制波的頻率之比。在雙極性調(diào)制中，四個(gè)開關(guān)管都工作在高頻狀態(tài)，而在單極性調(diào)制中，一對(duì)開關(guān)管工作在高頻狀態(tài)，而另一對(duì)開關(guān)管工作在低頻狀態(tài)[11]。 單極性SPWM調(diào)制原理 逆變器并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的控制策略分析 并網(wǎng)逆變器的輸出控制并網(wǎng)逆變器可看作一個(gè)有源逆變系統(tǒng)，是用來將從前級(jí)（光伏電池、風(fēng)機(jī)）經(jīng)整流得到的直流電進(jìn)行轉(zhuǎn)換，輸出與電網(wǎng)電壓同頻同相的交流電再饋入電網(wǎng)，并網(wǎng)逆變器的控制目標(biāo)就是控制逆變器的輸出滿足并網(wǎng)條件，保證有效并網(wǎng)。另外，實(shí)際應(yīng)用中多數(shù)電源都是電壓型的，所以并網(wǎng)逆變器很少以電流源作輸入，大多采用電壓源輸入。因此，本設(shè)計(jì)采用電壓源輸入控制輸出電流的方式。該控制方法簡(jiǎn)單易行且不需檢測(cè)并網(wǎng)電流。直接電流控制法需要引入電流反饋，先通過運(yùn)算得到指令值，然后令反饋值跟蹤指令值。直接電流控制的最大特點(diǎn)就是引入了瞬時(shí)值反饋，該控制方式被大量研究，實(shí)際應(yīng)用中常采用的有電流滯環(huán)控制、三角波比較控制等，本文對(duì)這兩種控制方式的工作原理做了簡(jiǎn)單分析。但通常在設(shè)計(jì)滯環(huán)寬度采用固定的數(shù)值，這樣做的結(jié)果將會(huì)導(dǎo)致一個(gè)PWM開關(guān)周期中，開關(guān)管頻率不固定，濾波器設(shè)計(jì)起來比較困難，很難獲得良好的濾波效果。 三角波比較控制原理圖 并網(wǎng)電流閉環(huán)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型電流閉環(huán)設(shè)計(jì)是整個(gè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心，作好電流閉環(huán)的設(shè)計(jì)，可以使系統(tǒng)獲得良好的電流的動(dòng)、靜態(tài)特性，可以使電流對(duì)外界擾動(dòng)信號(hào)有很好的抗干擾性。 UgridiL* + Uab + iL 控制器 逆變橋 濾波器 并網(wǎng)電流閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖，可以建立其數(shù)學(xué)模型。本文設(shè)計(jì)的逆變器開關(guān)頻率取10kHz，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電網(wǎng)頻率，如果忽略開關(guān)管的延時(shí)及死區(qū)時(shí)間的影響，將逆變橋等效為一個(gè)小慣性環(huán)節(jié)，傳遞函數(shù)為：