【正文】 個數(shù)字信號的正向脈沖信號，這時，DSP會產(chǎn)生一個中斷。 過零檢測電路傳感器檢測到的電網(wǎng)電壓信號送入到放大電路中，放大電路由LM258來搭建。為了使其輸出信號能夠被 DSP 檢測和處理。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。這個輸入信號首先經(jīng)過一個電壓跟隨器。在設(shè)計中，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)字信號處理產(chǎn)品時，： 采用CCS開發(fā)過程在這幾個開發(fā)階段中，經(jīng)常利用CCS來實現(xiàn)以下功能單步調(diào)試、設(shè)置斷點、觀察變量、配置存儲器和寄存器、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，運算能力強，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，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，再回到電源負極。5. 濾波電路為保證逆變器輸入輸出信號都能滿足相關(guān)要求，本設(shè)計在交流輸出側(cè)串聯(lián)濾波電感，從而實現(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）利用電感對電流的阻尼作用，穩(wěn)定電流，保證系統(tǒng)穩(wěn)定。當系統(tǒng)故障時，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)計是系統(tǒng)設(shè)計中最關(guān)鍵的部分，主控單元的性能直接影響系統(tǒng)各項控制指標，經(jīng)過對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)主電路拓撲圖 系統(tǒng)總體設(shè)計及各組成部分介紹本文設(shè)計的并網(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)主要有以下幾個部分：輔助電源電路、主控單元、逆變驅(qū)動電路、信號采樣調(diào)理及故障檢測電路、濾波電路、通訊接口電路。在實際應(yīng)用中，較少采用電流型并網(wǎng)逆變器，這是因為大多數(shù)供電電源都屬于電壓型，另外輸入級串聯(lián)電感不論在價格還是體積上都不如電容，另外所串聯(lián)的二極管會產(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 單相并網(wǎng)逆變器拓撲結(jié)構(gòu)并網(wǎng)逆變器的拓撲結(jié)構(gòu)有很多形式，拓撲結(jié)構(gòu)不同，具有的特點不同，相應(yīng)的控制方法也不盡相同，所以要先確定符合設(shè)計要求的拓撲，然后再展開相關(guān)研究。3多臺并網(wǎng)逆變器并聯(lián)技術(shù)的研究多臺逆變器并聯(lián)可實現(xiàn)大容量供電和冗余供電，因而被公認為當今逆變技術(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)字信號處理器DSP（Digital Singnal Processor）的出現(xiàn)，將先進的數(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)逆變器的一個特點[12]。但是，隨著世界各國對可再生能源開發(fā)重視程度的不斷提高，針對并網(wǎng)逆變器的技術(shù)研究也越來越多，人們對以往控制技術(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方向：1并網(wǎng)逆變器的拓撲分類及控制方法的研究目前研究人員提出針對不同的系統(tǒng)要求，逆變器應(yīng)該有著各種不同的拓撲結(jié)構(gòu)，對于功率較小的并網(wǎng)逆變器可以采用高效、低成本的單級變換器，而多級逆變器變換結(jié)構(gòu)可以使用在大功率、寬電壓范圍的輸入的應(yīng)用場合[10]。人們對可再生能源并網(wǎng)發(fā)電的技術(shù)進行了大量的研究，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于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的單相逆變器并網(wǎng)運行，所以必須得兼顧一些風(fēng)電行業(yè)必須面對的問題與挑戰(zhàn)。其中單級式并網(wǎng)逆變器，將直流電直接經(jīng)過一級直交變換并網(wǎng)。然后用有保護電路的逆變電源，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。中國將成為繼歐洲、美國和印度之后發(fā)展風(fēng)力發(fā)電的主要市場之一[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)電場的容量越來越大，對系統(tǒng)的影響也越來越明顯，研究風(fēng)電并網(wǎng)對系統(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)計一種基于DSP控制的單相逆變器。雙級式并網(wǎng)逆變器，由DC/DC升壓和DC/AC逆變兩級變換構(gòu)成，一般用于直流側(cè)電壓較低、單機容量較小的場合[4]。由于我國的風(fēng)電并網(wǎng)采用“大規(guī)模—高集中—高電壓—遠距離輸送”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，逆變器的拓撲結(jié)構(gòu)中還包括單相、三相；隔離、非隔離；功率單向流動、雙向等各種形式 [11]。2逆變器并網(wǎng)控制技術(shù)的研究研究人員認為作為一個功能完整的并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)，其工作模式應(yīng)比通常的獨立逆變器更為復(fù)雜，它不僅可在無市電接入時獨立作為電壓源逆變，也能在并網(wǎng)時作為電流源工作[13]。多臺逆變器并聯(lián)實現(xiàn)擴容可大大提高系統(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]。拓撲結(jié)構(gòu)對逆變器的各種性能指標有很大影響，逆變器的效率和制造成本都與拓撲有關(guān)。本文重點研究單相電壓型并網(wǎng)逆變器，電壓型逆變器最大的特點是在直流輸入側(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，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，可靠性會提高很多，所以科研人員對電流型并網(wǎng)逆變器也作了大量研究[13]。各部分作用不同，分工協(xié)作，組成一個整體。具體描述如下：（1）產(chǎn)生IGBT驅(qū)動信號；（2）對電網(wǎng)電壓完成鎖相，產(chǎn)生同頻同相的基準信號；（3）完成對反饋電流信號的控制；（4）實現(xiàn)系統(tǒng)保護功能；（5）實現(xiàn)人機交互。需要采樣的信號經(jīng)采樣電路送入DSP中，主要包括以下信號：（1）直流母線電壓采樣；（2）直流電流采樣；（3）電網(wǎng)電壓信號，需要測出幅值、頻率及相位；（4）并網(wǎng)電流信號；（5）逆變器溫度信號檢測；（6）繼電器開關(guān)信號。6. 通訊電路通訊電路可以實現(xiàn)人機交互功能，隨時對系統(tǒng)運行狀況實施監(jiān)控，便于遠程控制。當VV4截止后，VV3導(dǎo)通，電流從電源正極經(jīng)V濾波器、V2后，再回到電源負極。 系統(tǒng)主電路參數(shù)設(shè)計直流側(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。當并網(wǎng)逆變器電路正常工作時，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，則對于電感L有： （）因為，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)計上章中對單相并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)的總體設(shè)計及各部分模塊的功能作了詳細介紹，本章主要就控制系統(tǒng)的硬件具體實現(xiàn)作全面介紹。F2808外設(shè)資源豐富、片內(nèi)存儲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 輔助電源設(shè)計本系統(tǒng)設(shè)計的輔助電源，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)計電壓檢測電路和信號調(diào)理電路。這個電壓跟隨器由運算放大器構(gòu)成，它將傳感器的輸出信號減半，輸出范圍為[，]的模擬信號；將模擬信號輸入到加法器中處理后輸出單極性的范圍為[0V，5V] 的信號。 電流檢測電路的設(shè)計本設(shè)計中交流側(cè)電流信號也需要被采集到控制系統(tǒng)中，本設(shè)計選用型號HNC100LA的霍爾電流傳感器將交流側(cè)電流信號處理成一定比例的弱電壓信號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。 過零檢測電路設(shè)計在系統(tǒng)工作的時候，需要檢測電網(wǎng)電壓的相位和頻率輸入到主控芯片中來實現(xiàn)同步。用這個放大電路控制Q1的開斷。這樣就能確定過零點，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 定時器下溢中斷流程圖定時器下溢中斷的一個很重要的作用就是生成SPWM驅(qū)動信號。比較寄存器裝載正弦波離散化后各個比較點的幅值，當計數(shù)器的值與比較寄存器的值相等時，按照相關(guān)動作寄存器的配置產(chǎn)生高低電平。在本設(shè)計中，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，然后通過DSP的Capture捕捉中斷判斷過零點并通過時間寄存器實現(xiàn)鎖相。該算法的基本思想是：根據(jù)控制芯片的字長，定義一個長度等于器件字長的相位指針PhaseIndex，該指針在調(diào)制頻率下按照一定步長產(chǎn)生步進，會有周期性溢出，利用這個特點可以產(chǎn)生同頻率的調(diào)制信號去控制開關(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)相分開進行，首先實現(xiàn)輸出和輸入的頻率達到一致，然后再考慮調(diào)相，最終使頻率和相位都達到一致；同時調(diào)頻調(diào)相法是將調(diào)頻調(diào)相同時進行，即通過調(diào)頻實現(xiàn)調(diào)相，調(diào)頻的同時能過實現(xiàn)調(diào)相，使頻率和相位同時與輸入達到一致[27]。發(fā)生定時器下溢中斷時，為了對發(fā)生中斷的次數(shù)進行統(tǒng)計，可以設(shè)置一個變量n，在eCAP 1再次捕獲到電網(wǎng)電壓過零點時，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，定時器周期值不變；如果變量n≠N，定時器周期值改為，式中T*為根據(jù)前一個載波周期算出的新的載波周期，并將該值賦給周期寄存器，用于計算下一個正弦周期SPWM波的占空比。IPM模塊本身具有故障保護功能，為了更好的實現(xiàn)保護，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，可以封鎖PWM輸出。 SPWM技術(shù)簡介PWM控制技術(shù)，也稱脈寬調(diào)制技術(shù)，顧名思義，就是對脈沖的寬度進行調(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)動脈沖控制開關(guān)管的動作進而生成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，四個開關(guān)管都工作在高頻狀態(tài)，而在單極性調(diào)制中，一對開關(guān)管工作在高頻狀態(tài)，而另一對開關(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)運行時的控制策略分析 并網(wǎng)逆變器的輸出控制并網(wǎng)逆變器可看作一個有源逆變系統(tǒng)，是用來將從前級（光伏電池、風(fēng)機）經(jīng)整流得到的直流電進行轉(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)計采用電壓源輸入控制輸出電流的方式。該控制方法簡單易行且不需檢測并網(wǎng)電流。直接電流控制法需要引入電流反饋，先通過運算得到指令值，然后令反饋值跟蹤指令值。直接電流控制的最大特點就是引入了瞬時值反饋，該控制方式被大量研究，實際應(yīng)用中常采用的有電流滯環(huán)控制、三角波比較控制等，本文對這兩種控制方式的工作原理做了簡單分析。但通常在設(shè)計滯環(huán)寬度采用固定的數(shù)值，這樣做的結(jié)果將會導(dǎo)致一個PWM開關(guān)周期中，開關(guān)管頻率不固定，濾波器設(shè)計起來比較困難，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)計是整個控制系統(tǒng)設(shè)計的核心，作好電流閉環(huán)的設(shè)計，可以使系統(tǒng)獲得良好的電流的動、靜態(tài)特性，可以使電流對外界擾動信號有很好的抗干擾性。 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)計的逆變器開關(guān)頻率取10kHz，遠遠大于電網(wǎng)頻率，如果忽略開關(guān)管的延時及死區(qū)時間的影響，將逆變橋等效為一個小慣性環(huán)節(jié)，傳遞函數(shù)為：