【正文】 備，并網(wǎng)逆變器是研究熱點(diǎn)之一。隨著系統(tǒng)的容量增大，單個(gè)逆變器的容量已經(jīng)不能滿足要求。而逆變器則在其中擔(dān)任了及其重要的位置。在整個(gè)系統(tǒng)中最主要的就是逆變器，它采用的是SPWM逆變技術(shù)[8]。例如，并網(wǎng)逆變器采用雙向功率流動(dòng)的拓?fù)?，在并網(wǎng)工作時(shí)，既可以向電網(wǎng)提供電能，同時(shí)也可以當(dāng)電網(wǎng)電能富足時(shí)，從公用電網(wǎng)吸收電能，并將其儲(chǔ)存起來。針對(duì)這些要求，在逆變器并網(wǎng)控制技術(shù)上提出了以下幾個(gè)方面的研究方向：逆變器兩種工作模式的無縫切換技術(shù)[14]；逆變器工作過程中的同步鎖相和電壓跟蹤技術(shù)[15]；并網(wǎng)工作下的防孤島技術(shù)[16]。 本課題要解決的問題設(shè)計(jì)一種基于DSP控制的單相并網(wǎng)逆變器。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在選擇并網(wǎng)逆變器的拓?fù)鋾r(shí)，主要考慮如何降低成本、提高效率，而且由于逆變器輸入的直流電壓存在波動(dòng)，所以要求選擇的拓?fù)淠艹惺芨鞣N實(shí)際運(yùn)行中存在的問題[11]。 單相電壓型并網(wǎng)逆變器拓?fù)?，與電壓型相比，直流側(cè)不再并聯(lián)電容，而是串接一個(gè)電感，輸出側(cè)采用LC濾波器，用來濾除輸出電流中的高頻開關(guān)諧波。另外可以依據(jù)逆變器的輸入和電網(wǎng)之間有沒有電氣聯(lián)系，是否隔離，將逆變器分為隔離型的和非隔離型的：根據(jù)逆變器采用幾級(jí)拓?fù)?，可以將逆變器分為單?jí)式、兩級(jí)式和多級(jí)式逆變器。直流母線 控制 保護(hù) 單相并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)組成框圖，現(xiàn)將系統(tǒng)各個(gè)模塊的具體功能分別作介紹：1. 輔助電源電路穩(wěn)定的電源是整個(gè)系統(tǒng)正常工作的前提條件，所以電源的設(shè)計(jì)通常是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的第一步。 主控單元模塊功能3. 逆變驅(qū)動(dòng)電路逆變驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)直接影響開關(guān)管的通斷，驅(qū)動(dòng)電路的作用主要有：（1）放大PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)逆變橋正常工作；（2）將四路PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)彼此隔離，沒有電氣聯(lián)系；（3）通過光耦將控制電路與主電路電氣隔離。采樣調(diào)理電路要保證采樣信號(hào)的準(zhǔn)確性，為系統(tǒng)正常工作提供各種參數(shù)，正確的參數(shù)是實(shí)現(xiàn)有效控制的前提。通訊功能主要利用DSP的SCI、CAN等通訊接口。此時(shí)，逆變器輸出端已形成正負(fù)交變的方波。選取直流側(cè)輸入電壓Ud的范圍為200～450V。本課題設(shè)計(jì)的并網(wǎng)逆變器輸出功率為10kW。濾波電感的選擇。將式（）變換得式（）， （）對(duì)式（）求導(dǎo)，并令導(dǎo)數(shù)為0，得到電流紋波最大時(shí)的調(diào)制比。 TMS320F2808DSP及開發(fā)環(huán)境CCS介紹TI公司生產(chǎn)的TMS320F2808是TMS320C200系列下的一種定點(diǎn)32位MCU芯片。下面對(duì)其各項(xiàng)性能指標(biāo)作個(gè)詳細(xì)介紹：（1）采用高性能靜態(tài)CMOS技術(shù)，100MHz主頻，功耗低，設(shè)計(jì)成低電壓形式，I/；（2）采用高性能32位CPU，哈佛總線結(jié)構(gòu)，中斷響應(yīng)時(shí)間短；（3）片內(nèi)集成高達(dá)64K*16的FLASH，18K*16的SARAM，1K*16的OTP ROM以及4K*16的Boot ROM；（4）代碼安全模塊提供的密碼保護(hù)高達(dá)128位，安全性非常高；（5）具有35個(gè)可獨(dú)立編程的多路復(fù)用GPIO通道和43個(gè)外設(shè)中斷；（6）增強(qiáng)型外設(shè)控制單元：一共有16路EPWM通道，其中4路為高分辨率HRPWM，另外12路為普通發(fā)波通道；4路捕獲輸入單元；2路正交編碼結(jié)構(gòu)；（7）3個(gè)32位CPU定時(shí)器；（8）16個(gè)片上ADC轉(zhuǎn)換通道，精度12位的，可以配置為級(jí)聯(lián)模式，構(gòu)成一個(gè)16通道模塊，也可以配置成2個(gè)獨(dú)立的8通道模塊，能夠在160ns內(nèi)完成一次A/D轉(zhuǎn)換；（9）具有豐富的通訊接口，支持SPI、SCI、eCAN及I2C多種通訊方式。 輔助電源電路 電壓檢測電路的設(shè)計(jì)本文設(shè)計(jì)中需要通過霍爾電壓傳感器檢測兩路電壓信號(hào)，分別為一路直流電壓信號(hào)和一路交流電壓信號(hào)。10mA，輸出額定電流為177。 電壓檢測與調(diào)理電路原理，本設(shè)計(jì)中的電壓檢測調(diào)理電路大體上分為三個(gè)部分。最后，再經(jīng)過用一個(gè)運(yùn)算放大器構(gòu)成的電壓跟隨器將信號(hào)減半，輸出范圍為[0V，]的信號(hào)。15V，額定電流為100A，輸出額定電流為50mA，%以內(nèi)，響應(yīng)時(shí)間為1μs。這時(shí)候必須使用轉(zhuǎn)換電路將采集到的電網(wǎng)的電壓信號(hào)處理成和電網(wǎng)電壓正弦波信號(hào)過零點(diǎn)一致的脈沖信號(hào)。這樣就能產(chǎn)生出和電網(wǎng)電壓對(duì)應(yīng)的方波信號(hào)。 IGBT驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)主電路中的IGBT必須要有驅(qū)動(dòng)電路，因?yàn)橹骺匦酒敵龅牡腜WM波是不能直接驅(qū)動(dòng)IGBT的。DSP輸出的PWM信號(hào)經(jīng)74LVX4245電平轉(zhuǎn)換后送至HCPLJ312的2腳正向輸入信號(hào)端A，再經(jīng)過HCPLJ312內(nèi)部光耦隔離、放大，為IGBT提供+18V的正向柵極驅(qū)動(dòng)電壓，以及9 V的反向柵極快恢復(fù)電壓。本設(shè)計(jì)采用三個(gè)中斷，其中，定時(shí)器下溢中斷主要完成A/D采樣、控制算法的實(shí)現(xiàn)和SPWM波的產(chǎn)生；捕捉中斷主要完成電網(wǎng)電壓的同步鎖相；故障保護(hù)中斷主要實(shí)現(xiàn)當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，及時(shí)封鎖脈沖，保護(hù)電路。SPWM波是幅值相等，脈寬按正弦規(guī)律變化的一列脈沖波，可以由正弦調(diào)制波和三角載波比較產(chǎn)生。如果需要改變?nèi)禽d波的頻率和比較值，只需要改變EPWM相關(guān)周期寄存器和比較寄存器的值即可，非常方便。比較寄存器的值的更新通常都是由中斷完成，本設(shè)計(jì)采用下溢中斷，即當(dāng)計(jì)數(shù)器的值等于零時(shí)觸發(fā)中斷，通過計(jì)數(shù)器的值的增減來模擬三角波，可見，在整個(gè)過程中，正弦調(diào)制波和三角載波都不是實(shí)際的波形，而是模擬出來的、抽象的。該方法屬于硬件電路配合軟件算法共同實(shí)現(xiàn)。而當(dāng)采用同步調(diào)制時(shí)，即保持載波比不變，此時(shí)鎖相算法采用同步鎖相。通常的鎖相方法有指針歸零法、先調(diào)頻后調(diào)相法[26]。本文先使用指針歸零法，然后再作改進(jìn)。經(jīng)過以上步驟，調(diào)制波頻率變化，對(duì)應(yīng)改變載波頻率，保證載波比不變，還能實(shí)現(xiàn)輸出與電網(wǎng)電壓同頻同相[28]。軟件設(shè)計(jì)時(shí)加入了故障保護(hù)中斷，配合硬件電路，一旦產(chǎn)生故障信號(hào)，比如出現(xiàn)過壓、過流、短路等故障時(shí)，IPM發(fā)出故障信號(hào)，觸發(fā)故障中斷，封鎖脈沖，斷開繼電器。脈寬調(diào)制利用的是面積等效原理，上下兩塊脈沖雖然形狀不同，但是面積相等，意味著沖量相等，相同面積的脈沖加在慣性環(huán)節(jié)上，輸出特性基本相同，所以二者可以等效[20]。SPWM調(diào)制技術(shù)又分為單極性調(diào)制和雙極性調(diào)制兩種方式。 雙極性SPWM調(diào)制原理由上圖可見，當(dāng)時(shí)，開關(guān)管VV4 導(dǎo)通而VV3截至，橋臂中點(diǎn)間電壓；當(dāng)時(shí)，開關(guān)管VV4截止而VV3導(dǎo)通，橋臂中點(diǎn)間電壓。當(dāng)時(shí)，V3一直截止而V4一直導(dǎo)通，此時(shí)當(dāng)時(shí)，開關(guān)管V1導(dǎo)通而V2截至，橋臂中點(diǎn)間電壓；當(dāng)時(shí)，開關(guān)管V1截止而V2導(dǎo)通，橋臂中點(diǎn)間電壓。并網(wǎng)逆變器有不同的輸入輸出方式，總的來說，并網(wǎng)逆變器共有四種方式：電壓源輸入控制輸出電壓、電壓源輸入控制輸出電流、電流源輸入控制輸出電壓、電流源輸入控制輸出電流[21，22]。逆變器并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，輸出控制分電壓控制和電流控制[24，25，26，27]。 并網(wǎng)電流控制策略研究選取并網(wǎng)電流iL作為逆變器的控制量，可以通過對(duì)逆變器輸出電壓Uab的控制來完成對(duì)iL的控制；或者直接對(duì)iL進(jìn)行控制。但其動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢，同時(shí)控制復(fù)雜、信號(hào)計(jì)算過程中還要考慮電路參數(shù)的影響，如果參數(shù)變化，會(huì)影響控制效果[28]。對(duì)于并網(wǎng)逆變器來說，要求輸出電流與電網(wǎng)電壓同頻同相，為了獲得與電網(wǎng)電壓同步的正弦波電流指令信號(hào)，通常利用鎖相環(huán)得到電網(wǎng)電壓同步信號(hào)，然后再乘以電流幅值給定，得到正弦波參考電流，然后控制實(shí)際輸出電流跟蹤這個(gè)參考電流。（1）電流滯環(huán)控制將實(shí)際的電流信號(hào)和指令電流信號(hào)進(jìn)行比較，二者的差值送入滯環(huán)比較器，由滯環(huán)比較器輸出PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)去控制逆變橋。 電流滯環(huán)控制原理圖（2）三角波比較控制將反饋電流信號(hào)與給定電流信號(hào)進(jìn)行比較，比較后的誤差信號(hào)經(jīng)PI調(diào)節(jié)器輸出與高頻三角載波比較產(chǎn)生了PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)。本文采用基于瞬時(shí)值反饋的三角波比較控制。對(duì)逆變器的輸出端有： （）式中，為逆變橋輸出電壓，為電網(wǎng)電壓，為并網(wǎng)電流，為濾波電感值，為電感的串聯(lián)等效電阻。 + + PI控制器 逆變橋 濾波器 并網(wǎng)電流PI控制結(jié)構(gòu)框圖 PI控制器參數(shù)設(shè)計(jì)為獲得理想的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的快速響應(yīng)，將控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)成一個(gè)二階系統(tǒng)，采用工程上常用的“二階最佳”法對(duì)PI參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。6 基于SPWM的并網(wǎng)系統(tǒng)MATLAB/Simulink仿真 MATLAB簡介MATLAB是由美國Mathworks公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。在這種情況下，功能完善的Simulink程序可以用來方便地建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。在本次設(shè)計(jì)中，控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型就是基于MATLAB/Simulink中的“Sim Power systems”搭建的。其中控制器設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，控制器主要實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的跟蹤，減小幅值偏差、相位偏差，增強(qiáng)應(yīng)對(duì)電網(wǎng)擾動(dòng)的能力[27]。 模擬電網(wǎng)電壓參數(shù)，PWM波形發(fā)生器的載波頻率設(shè)置為10kHz。 逆變器輸出的SPWM波形 經(jīng)濾波電感后的并網(wǎng)電流 電網(wǎng)電壓波形圖 仿真結(jié)果分析，逆變器成功運(yùn)轉(zhuǎn)，并且在PI調(diào)制下生成了正確的SPWM波形。本文針對(duì)中小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)單項(xiàng)并網(wǎng)逆變器進(jìn)行了一些研究。論文研究中得出結(jié)論：通過對(duì)并網(wǎng)電流的控制，可以實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)電流與電網(wǎng)電壓的同頻同相。41(5):306～1292.[25] L. Hassaine, E. Ol?180。87(14):15～807.[28] Hassaine L, Ol?180。48(2):50～200.[31] Barbosa PG, Rolim LGB, Watanabe EH. R. Control strategy for gridconnected DC–AC with load power factor correction converters[J]. IEE Proceedings – Generation, Transmission and Distribution 1998 Sep。感謝我的導(dǎo)師李靜老師，從課題的選題到數(shù)學(xué)模型的搭建，她都給予了大力的支持和幫助，并且在學(xué)術(shù)上作了引導(dǎo)，使我終身受益。 中 北 大 學(xué) 畢業(yè)論文外文文獻(xiàn)原文及譯文學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 系 別： 專 業(yè)： 指導(dǎo)教師： 2013年 6 月風(fēng)力光伏逆變器數(shù)字功率因數(shù)控制和無功功率調(diào)節(jié)摘要：對(duì)光伏（PV）的連接到電網(wǎng)系統(tǒng)的整體效率取決于直流電（DC）的太陽能模塊對(duì)交流電（交流）逆變器轉(zhuǎn)換的效率。在此提出了一種新的單相逆變器數(shù)字控制策略。在為了驗(yàn)證其性能，這種控在一個(gè)FPGA內(nèi)實(shí)現(xiàn)。在連接到光伏系統(tǒng)網(wǎng)格時(shí)，可以轉(zhuǎn)換輸出直流電（DC）到備用電流（AC）太陽能電池組件的逆變器正受到越來越多興趣以發(fā)電于實(shí)用。數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)提供了改善他們的模擬效果。連接到另一系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)非常重要的方面是選擇適當(dāng)?shù)墓β室驍?shù)根據(jù)并網(wǎng)要求：有功功率和無功功率。控制的基本思想是使用以前的模式計(jì)算和DSPWM制表應(yīng)用到一個(gè)恒定的直流母線電壓。此外，有功和無功功率可以得到控制。電網(wǎng)電壓與逆變器輸出電流之間的相位差由角Φ表示，電網(wǎng)電壓與逆變器輸出電壓的相位差由角σ表示。 （3）其中該逆變器輸出電流Iout的大小，及相位φ（式（3）），取決于逆變器輸出電壓Vinv的大小和它的相位σ。 （5）從標(biāo)準(zhǔn)式（4）及（5），可以得到逆變器輸出電流，輸出電流及相位的表達(dá)，函數(shù)的振幅調(diào)制指數(shù)Ma和相移σ（式（6））： （6）該逆變器輸出電流的大小，輸出電流及相位φ（式（6）），取決于逆變器輸出電壓的大小，Vinv，和它的相角σ，及不同的振幅調(diào)制指數(shù)Ma。首先，圖2 a b分別顯示了每個(gè)變量對(duì)并網(wǎng)的有功功率和無功功率的影響和對(duì)功率因數(shù)PF，而這是目前能表達(dá)振幅為Vinv不同的值的參數(shù)。 2b中，可以得出結(jié)論，要得到電流非常小幅度，有必要維持逆變器輸出電壓，Vinv，非常接近電網(wǎng)電壓，Vgrid ..在圖2b分析得出的結(jié)果中可以得出以下結(jié)論：對(duì)于較低的輸出電流，如果功率因數(shù)是要維持等于單位1,逆變器電壓大小必須進(jìn)行更密切的電網(wǎng)電壓， 這是很有必要的。在這種情況下，就可以恢復(fù)，只有2毫安價(jià)值很高的功率因數(shù)（PF ）可以得到和維持一個(gè)廣泛電流輸出電流范圍。由于功率因素是，在這種情況下，接近1，電流與并網(wǎng)的有功功率成比例。 這一結(jié)果證實(shí)，逆變器輸出電流取決于Vinv和Vgrid相位差，因此建議控制是基于逆變器輸出電流控制功能該階段的逆變器輸出電壓相對(duì)的轉(zhuǎn)移電網(wǎng)電壓?？刂平Y(jié)構(gòu)的并網(wǎng)光伏系統(tǒng)是由兩個(gè)結(jié)構(gòu)的控制：1 MPPT控制的寫法，其主要屬性提取最大功率的光伏發(fā)電2該逆變器控制，主要目標(biāo)有：控制活動(dòng)注入了網(wǎng)格。電網(wǎng)同步 最大功率跟蹤控制直流/直流轉(zhuǎn)換器是用來提高光伏陣列電壓在適當(dāng)水平的基礎(chǔ)上，市電電壓大小，而在DCDC轉(zhuǎn)換器控制器的設(shè)計(jì)運(yùn)作，最大功率點(diǎn)跟蹤器（最大功率追蹤）的增加經(jīng)濟(jì)可行性的光伏系統(tǒng)。恒壓的方法是通過保持電壓在光伏終端始終保持密切的MPP的點(diǎn)。隨著擬議制度控制器，目前的最佳工具可以通過命令實(shí)現(xiàn)所需的功能。圖3中可見，光伏系統(tǒng)的直流母線電壓保持不變，這樣的有效平衡在太陽能和輸入系統(tǒng)輸出功率之間可實(shí)現(xiàn)。有了這個(gè)控制的功率因數(shù)不直接控制（見圖2a），一般來說，它提供一定數(shù)額的無功功率。對(duì)當(dāng)前內(nèi)部控制回路旨在控制注入到電網(wǎng)的電力。占空比取決于存儲(chǔ)的代碼。該相角符號(hào)取決于功率因數(shù)的字符（電感或電容）