【正文】 ]。同時(shí)介紹了軟件設(shè)計(jì)的整體思路。 中北大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)論文 第 4 頁 共 70 頁 畢 業(yè) 論 文 任 務(wù) 書 3．對畢業(yè)論文成果的要求： 畢業(yè) 設(shè)計(jì) 說明書 相關(guān)英文資料翻譯 4．畢業(yè)論文工作進(jìn)度計(jì)劃： 起 迄 日 期 工 作 內(nèi) 容 年 月 日 ~ 月 日 月 日 ~ 月 日 月 日 ~ 月 日 月 日 ~ 月 日 月 日 ~ 月 日 查閱資料，了解課題背景，掌握基本技術(shù)，制定設(shè)計(jì)思路，完成開題報(bào)告； 完成系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，完成系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)，并對結(jié)果進(jìn)行分析 撰寫畢業(yè)論文說明書并修改完善 翻譯資料及論文修改等 論文答辯 中北大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)論文 第 5 頁 共 70 頁 學(xué)生所在系審查意見： 系主任： 年 月 日 中北大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)論文 第 6 頁 共 70 頁 中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2 0 1 3 屆本科畢業(yè)論文 基于 M A T L AB 的單相逆變器并網(wǎng)控制技術(shù)仿真研究 摘要： 能源危機(jī)加速了人類對可再生能源的研究和開發(fā)，風(fēng)力發(fā)電已發(fā)展成為可再生能源中技術(shù)最成熟、最具發(fā)展?jié)摿Φ陌l(fā)電方式之一。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。除 了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。 2．畢業(yè)論文的具體工作內(nèi)容： 學(xué)習(xí)的知識： 需要具備 DSP；電力電子技術(shù)； Matlab 仿真等方面的知識 。逆變電路采用單相全橋結(jié)構(gòu)，對其工作狀態(tài)做了分析，采用單極性 S P W M 調(diào)制技術(shù)控制開關(guān)管的開通和關(guān)斷，對主電路的器件選型給出了設(shè)計(jì)方法。 關(guān)鍵詞 ：風(fēng)力發(fā)電，單 相 并網(wǎng)逆變器， 正弦脈沖寬度調(diào)制，鎖相環(huán) 中北大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)論文 第 7 頁 共 70 頁 目 錄 1 緒論????? ???????????????? ??????????? 1 課題研究背景及意義???????????????????????? 1 國內(nèi)外發(fā)展情況 ????????????????????????? 2 本課題要解決的問題 ??????????????????????? 3 2 單相并網(wǎng)逆變器的總體設(shè)計(jì) ????????????????????? 3 單相并網(wǎng)逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)?????????????????????? 3 單相并網(wǎng)逆變器的總體設(shè)計(jì)及功能劃分???????????????? 5 系統(tǒng)主電路拓?fù)????????????????????????? 5 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及各組成部分介紹?????????????????? 6 單相并網(wǎng)逆變器的基本原理 ???????????????? ???? 8 系統(tǒng)主電路參數(shù)設(shè)計(jì) ??????????????? ???????? 8 3 并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ?????????????? ??????? 10 TMS320F2808DSP 及開發(fā)環(huán)境 CCS 介紹 ???????? ???????? 10 并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) ????????? ?????????? 11 輔助電源設(shè)計(jì) ?????????????????? ??????? 11 電壓檢測電路的設(shè)計(jì) ?????????????????????? 12 電流檢測電路的設(shè)計(jì) ?????????????? ???????? 13 過零檢測電路設(shè)計(jì) ????????? ?????????????? 13 IGBT 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) ?????? ????????????????? 14 4 并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) ?????????? ?????????? 14 軟件總體設(shè)計(jì) ?????????????????? ???????? 14 主程序設(shè)計(jì) ? ?????? ????????????? ??????? 15 定時(shí)器下溢中斷程 序設(shè)計(jì) ??? ?????????????????? 15 捕捉中斷程序設(shè)計(jì) ????????? ??????????????? 17 故障保護(hù)中斷程序設(shè)計(jì) ????? ???? ????????? ???? 18 5 并網(wǎng)逆變器控制策略的研究與實(shí)現(xiàn) ??????? ??????????? 20 SPWM 技術(shù)簡介????????????? ????????? ???? 20 中北大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)論文 第 8 頁 共 70 頁 逆變器并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的控制策略分析????????????????? 23 并網(wǎng)逆變器的輸出控制??????????? ?????????? 23 并網(wǎng)電流控制策略研究????????????????????? 24 并網(wǎng)電流閉環(huán)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型????????????????? 26 PI 控制器參數(shù)設(shè)計(jì)??????????????????????? 27 6 基于 SPWM的并網(wǎng)系統(tǒng) MATLAB/Simulink仿真?????????????? 29 MATLAB 簡介??????????????????????????? 29 仿真模型的建立???????????????? ????????? 29 模型各部分參數(shù)設(shè)置??????????????????????? 30 仿真結(jié)果???????????????????????????? 32 仿真結(jié)果分析?????????????????????????? 34 7 結(jié)論??????????????????????????????? 34 參考文獻(xiàn)?????????????????????????????? 36 致謝???????????????????????????????? 39 中北大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)論文 第 9 頁 共 70 頁 1 緒論 課題研究背景及意義 在全球生態(tài)環(huán)境惡化和化石能源逐漸枯竭的雙重壓力下，對新能源的研究和利用已成為全球各國關(guān)注的焦點(diǎn)。比如說，在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)因風(fēng)量不穩(wěn)定，故其輸出的是 13～ 25V 變化的交流電，須經(jīng)充電器整流，再對蓄電池充電，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能變成化學(xué)能。為了提高系統(tǒng)的功率、可靠性和效率，逆變器可以并聯(lián)運(yùn)行，這又不可避免的產(chǎn)生了環(huán)流，導(dǎo)致輸出電流畸變，同時(shí)使負(fù)載不平衡，從而損害整個(gè)系統(tǒng)的性能 [5]。在理論和實(shí)踐上，這種方案能夠滿足新能源回饋電網(wǎng)的要求，但由于該方案使用了同步、鎖相（ PLL）、SPWM 脈沖發(fā)生器、低通濾波等諸多模擬環(huán)節(jié)，而且控制方法比較落后，因此使得并網(wǎng)逆變裝置的控制繁瑣，電路復(fù)雜，可靠性低，硬件成本高，并網(wǎng)效果不是十分理想，產(chǎn)品價(jià)格昂貴，應(yīng)用得到限制 [9]。達(dá)到并網(wǎng)電壓、電流諧波標(biāo)準(zhǔn)的閉環(huán)控制技術(shù) [17]。另外，對逆變器的輸出也有要求，比如輸出電流與電網(wǎng)電壓同頻同相、功率因數(shù)為 1 等等。 中北大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)論文 第 13 頁 共 70 頁 圖 單相電流型并網(wǎng)逆變器拓?fù)? 單 相 并網(wǎng)逆變器的總體設(shè)計(jì)及功能劃分 系統(tǒng)主電路拓?fù)? 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，本文 采用單相電壓型逆變器結(jié)構(gòu)，逆變電路采用單相全橋結(jié)構(gòu)，逆變器輸出由電感濾波后并網(wǎng)。 圖 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，驅(qū)動(dòng)逆變橋正常工作； （ 2） 將四路 PWM 驅(qū)動(dòng)信號彼此隔離，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。通訊功能主要利用 DSP 的 SCI、 CAN 等通訊接口。選取直流側(cè)輸入電壓 Ud 的范圍為 200～ 450V。 濾波電感的選擇。 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。如圖 所示。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)電壓檢測電路和信號調(diào)理電路。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。如圖 所示為過 零檢測電路。驅(qū)動(dòng)電路的主要作用是傳遞信號和保護(hù)。 主程序設(shè)計(jì) 主程序采用一個(gè)大的無限循環(huán)，當(dāng)有中斷發(fā)生時(shí)，跳入中斷服務(wù)程序中運(yùn)行，中斷服務(wù)程序運(yùn)行結(jié)束后返回主程序繼續(xù)運(yùn)行，等待下一次中斷發(fā)生。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。 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，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。 中北大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)論文 第 26 頁 共 70 頁 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。發(fā)生定時(shí)器下溢中斷時(shí)，為了對發(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 * * nTTN? ，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。 N Y N Y 圖 上升沿捕捉中斷流程圖 上升沿捕獲中斷？ 196≤ n≤ 204 計(jì)算新的載波周期 正弦表指針復(fù)位到零，變量 n 賦 零 新載波周期賦給周期 寄存器 清中斷向量 返回 輸出 10kHz 載波 中北大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)論文 第 28 頁 共 70 頁 圖 故障保護(hù)中斷流程圖 5 并網(wǎng)逆變器控制策略的研究與實(shí)現(xiàn) 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)輸出的電能要并入電網(wǎng)，電壓幅值、頻率、功率因數(shù)等都需要滿足公共電網(wǎng)的要求，但是隨著風(fēng)速的變化，風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩也會發(fā)生相應(yīng)的改變， 這就會導(dǎo)致發(fā)電機(jī)輸出的電能不能滿足電網(wǎng)要求，所以很有必要在風(fēng)力發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間引入電力電子整流逆變裝置，通過對該裝置的控制使最終輸出的電能滿足電網(wǎng)要求，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)運(yùn)行。載波 cu 為全波三角波，頻率為 cf ,幅值為 cmU 。從上述過程中看出，在輸出波形 abu 中包含有 inU ， 0和 inU 三個(gè)狀態(tài)，因此這種調(diào)制方中北大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)論文 第 31 頁 共 70 頁 式也被稱為三態(tài)調(diào)制。當(dāng)采用電壓源輸入控制輸出電流的方式時(shí)，中北大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)論文 第 32 頁 共 70 頁 系統(tǒng)只需要控制輸出電流，它的波形好壞受電網(wǎng)電壓的影響較小，即使電網(wǎng)出現(xiàn)大的擾動(dòng)，輸出依然符 合并網(wǎng)要求。 所以，有關(guān)系 2 / co sgr iddcUm U ?? （ ） 從上述 關(guān)系可以看出，在電網(wǎng)電壓和電感確定的情況下，根據(jù)給定的功率和并中北大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)論文 第 33 頁 共 70 頁 網(wǎng)電流，通過式（ ）和式（ ）就可以算出 Uab 相對與 Ugrid 的超前角 φ 和 SPWM的調(diào)制度 m，這種關(guān)系是一一對應(yīng)的，只要控制了 φ 和 m，就控制了輸出電壓的幅值和相位，并最終實(shí)現(xiàn)控制并網(wǎng)電流。當(dāng)開關(guān)管采用較高開關(guān)頻率時(shí)，有很快的響應(yīng)速度，并且受負(fù)載及電路參數(shù)的影響小 [29]。其中， Uab 為逆變橋輸出電壓， Ugrid 為電網(wǎng)電壓， G1（ s）為控制器傳遞函數(shù)， G2（ s）為逆變橋傳遞函數(shù)， G3（ s）為濾波器傳遞函數(shù)。 典型的 I 型系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)的一般形式為 0 () ( 1)KGs s Ts? ? （ ） 按照 ―二階最佳 ‖法設(shè)計(jì)，即令式（ ）中 KT=。它有兩個(gè)顯著的功能： Simu（仿真）與 Link（連接）。 MATLAB 可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語言的程