【正文】 工作[13]。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]。除水力發(fā)電技術(shù)外，風力發(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]。由于本次研究主體是對于風力發(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電行業(yè)必須面對的問題與挑戰(zhàn)。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]。 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。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。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。該傳感器具有3kV的絕緣電壓，電源電壓177。為了使其輸出信號能夠被 DSP 檢測和處理。 軟件總體設(shè)計并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)的總體程序主要包括四部分：（1）主程序；（2）定時器下溢出中斷程序；（3）捕捉中斷程序；（4）故障保護中斷程序。過去的鎖相技術(shù)都是以硬件方式實現(xiàn)，隨著DSP的應(yīng)用，軟件鎖相環(huán)（Software PLL）得到極大發(fā)展。電網(wǎng)電壓過零信號通常由過零比較電路產(chǎn)生，過零比較電路產(chǎn)生電網(wǎng)電壓同步方波信號送入eCAP 1，當eCAP 1檢測到過零信號的上升沿時，觸發(fā)eCAP 1中斷，并將此時間點作為正弦基準信號的起點，即正弦表指針復(fù)位到零，則實現(xiàn)了鎖相功能；每次定時器下溢中斷觸發(fā)時，正弦表指針便增加1位，將表中對應(yīng)的正弦值賦給變量在主程序中計算SPWM波的占空比。載波為全波三角波，頻率為,幅值為。當采用電壓源輸入控制輸出電流的方式時，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，輸出依然符合并網(wǎng)要求。當開關(guān)管采用較高開關(guān)頻率時，有很快的響應(yīng)速度，并且受負載及電路參數(shù)的影響小[29]。典型的I型系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)的一般形式為 （）按照“二階最佳”法設(shè)計，即令式（）中KT=。 采用PI控制器的并網(wǎng)逆變器仿真模型 模型各部分參數(shù)設(shè)置，仿真模型中的電感L設(shè)置為3mH。希望在以后的研究中可以彌補這些遺憾。感謝父母、家人，正是有了他們的大力支持，我才能全身心的投入到學習中去，我的每一點成績，都有他們的功勞。一些關(guān)鍵已被查明，其中可以進行重大改進的設(shè)計和實施連接到網(wǎng)格中的逆變器，如：低總諧波真，消除了直流分量注入連接的網(wǎng)格，同時控制有功和無功功率和數(shù)字控制的執(zhí)行情況。該分析是基于逆變器和網(wǎng)格的電感耦合。從圖a可以得出結(jié)論，根據(jù)逆變器的輸出電壓能得到并網(wǎng)的有功功率和無功功率。相位轉(zhuǎn)移的使用，很少DSPWM模式的使用提供一簡單的數(shù)字控制，通過優(yōu)化數(shù)字系統(tǒng)的規(guī)模和快速反應(yīng)系統(tǒng)。圖3 單相并網(wǎng)逆變器的控制結(jié)構(gòu)該圖代表對應(yīng)于兩個控制回路：允許內(nèi)部控制注入到電網(wǎng)的電流輸入和外部沒有控制的直流母線電壓，Vdc[7]。該相移旨在提供靈活性，以生產(chǎn)要么滯后，領(lǐng)導(dǎo)或參與階段，以便調(diào)整的功率因素。數(shù)字PCPS是根據(jù)存儲在可查表的DSPWM模式。MPP的觀察點，就可以看到，電壓值變化不大，即使太陽的強度輻照遭受巨大變化。例如，當直流母線電壓為直流375 V：， = 。功率因數(shù)PF是由從方程式（6）推導(dǎo)的決定的。這種控制已在實施數(shù)字化的一個FPGA得到應(yīng)用并在仿真和實驗中得到驗證。關(guān)鍵詞：并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，單相逆變器，功率因數(shù)控制，數(shù)字控制，F(xiàn)PGASinglephase Inverter Grid Control Technology Based on The MATLAB Simulation ResultsAbstract: The energy crisis has accelerated the human to the research and development of renewable energy, wind power generation has developed into one of the ways of power generation which technology is the most mature and has the most development potential in renewable energy.This paper has researched the control technology of single phase grid connected inverter and its related issues aimed at medium or small wind power generation system. Gridconnected system adopts ACDCAC structure, this paper studies the level DCAC transform, does the overall design to the singlephase gridconnected inverter, each function module unit is also introduced in detail. Inverter circuit adopts the single phase full bridge structure, the working condition is analyzed, the turnon and turnoff of switch tube is controlled by using the unipolar SPWM modulation technology, gives the design method of the main circuit device selection.Single phase grid connected inverter based on the mode which is voltage source input and controls current output, analysis their respective characteristics of indirect current control and direct current control, and introduces two kinds of monly used direct current control method: hysteresis control and triangular wave parison control. This paper adopts the triangle wave parison control, built mathematical model of the current closed loop control system, and set up Simulink model respectively according to the PI controller.This paper gives the design method of specific hardware circuit of each function module in a singlephase gridconnected inverter, and introduces the software design ideas. For the realization of gridconnected current with the same frequency and phase to grid voltage, the design of phase locked loop is very important, and this design using DSP capture grid voltage rising edge to realize the PLL.Key words: wind power, single phase gridconnected inverter, SPWM, PLL1 介紹隨著對全球環(huán)境保護的日益關(guān)注，生產(chǎn)無污染的天然能源需求例如太陽作為一種能源替代未來能源已引起極大的興趣因為太陽能是一種清潔無污染和取之不竭的。2:1409～2046.[33] Mekhilef S, Rahim NA. Xilinx FPGA based three phase PWM inverter and its application for utility connected PV system[J]. Proceeding of IEEE TENCON’02 2002。其次，對逆變控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計做了詳盡的介紹，包括系統(tǒng)各個功能模塊的電路實現(xiàn)和軟件結(jié)構(gòu)以及具體流程圖。采用400V直流電壓源模擬直流輸入，采用交流電壓源模擬電網(wǎng)電壓，電壓峰值取311V，頻率為50Hz，假定設(shè)計逆變器功率為10kW。本文采用電流瞬時值反饋與三角波比較控制，在三角波比較控制中，PI控制器應(yīng)用最為廣泛，其傳遞函數(shù)為： （）式中，和分別是PI控制器的比例系數(shù)和積分系數(shù)。不過隨著DSP技術(shù)的發(fā)展，實時性已不是很難實現(xiàn)，所以直接電流控制得到廣泛應(yīng)用。逆變器如果以電流源作為輸入，需要在直流側(cè)串聯(lián)電感以穩(wěn)定直流輸入，但是電感的引入會使系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)變差[23]。逆變器常采用這種調(diào)制方法。該方法適用于輸入頻率穩(wěn)定的情況。對并網(wǎng)逆變器而言，通常情況下采用查表法產(chǎn)生SPWM波，正弦調(diào)制波由一張正弦表提供，表的長度由載波比決定。驅(qū)動電路通過光耦隔離或者磁隔離來將控制電路和主電路隔離開，以此來保護控制電路。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。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。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。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。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。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]。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)。我國的并網(wǎng)風電在“十五”期間也得到迅速發(fā)展。由于我國的風電并網(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]。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]。各部分作用不同，分工協(xié)作，組成一個整體。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。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。15V，輸入額定電流為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。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。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。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。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。因此，本設(shè)計采用電壓源輸入控制輸出電流的方式。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。對比式（），得 （）所以，有