【文章內容簡介】 （21)兩邊求導得： （22）所以有： （23）電導增量法的優(yōu)點是當外界條件變化時，能夠及時的跟蹤太陽能電池最大功率點的變化，調整比較靈活。其缺點是對硬件電路中的控制器處理速度要求較高，調整步長選取較為嚴格。 （3）基于平均功率的變歩長算法基于平均功率的變歩長算法可以有效克服最大功率點附件產(chǎn)生的振蕩。其工作原理是系統(tǒng)將當前時刻光伏陣列輸出功率P與上一個時刻的輸出功率P0作比較，若P＞P0，則爬坡方向正確；若P＜P0，證明爬坡方向與原方向發(fā)生了偏差，則按與原來電壓變化相反的方向爬坡。由于存在對直流側的電流和電壓的電磁干擾和采樣誤差等問題，導致對功率的大小造成誤判，可能會造成搜索方向錯誤。綜合以上三種控制方法的優(yōu)缺點，同時也為了能快速的跟蹤到隨著外界條件發(fā)生變化的最大功率點，本設計的光伏并網(wǎng)逆變器采用電導增量法來捕捉最大功率點。 在光伏系統(tǒng)中，太陽能在轉換為電能的過程中會發(fā)生各種各樣的故障，如器件驅動信號欠壓、器件過流、電網(wǎng)過壓等，因此需要我們設置各種保護措施。對于光伏發(fā)電系統(tǒng)，孤島效應是我們必須考慮的一種常見的故障狀態(tài)。孤島效應是指當電網(wǎng)因某種原因而停止供電時，部分電網(wǎng)沒有及時與電網(wǎng)隔離而形成一個失去控制的供電孤島[5]。它可能對電網(wǎng)、電氣設備、以及維修人員造成危害。主要有以下幾種情況：，會對電力公司線路維修與保障人員的安全造成危害。，導致輸出電流、電壓和頻率不穩(wěn)定，影響傳輸電能質量。，由于電網(wǎng)和逆變器的電壓、電流不同相而對用電設備造成損壞。由此可知，孤島效應不僅會嚴重影響電力系統(tǒng)的安全運行和正常維護，還會對電力公司和用戶造成重大財產(chǎn)損失。所以，為了消除由孤島現(xiàn)象引起的嚴重后果，我們應該選擇一個合理的應對方法。孤島效應檢測系統(tǒng)是檢測孤島效應的產(chǎn)生，并且當出現(xiàn)孤島運行時，能使電網(wǎng)快速停止供電。該技術分為被動式和主動式兩種，被動式檢測技術通過檢測逆變器交流輸出端的電壓、頻率、相角等參數(shù)來判斷孤島效應是否發(fā)生。但被動式檢測的檢測范圍較小，而且當斷電后負載的電壓，頻率變化很小，此時被動檢測失效。主動式檢測技術通過有意的引入擾動信號通過觀察電網(wǎng)是否受到影響來判斷電網(wǎng)是否發(fā)生故障。 本章小結本章首先對逆變器的拓撲結構以及輸出電流控制方式進行了分析，并決定選用雙級式非隔離電壓型逆變器結構作為主電路。然后對最大功率點控制方式作了簡單的分析，經(jīng)過對擾動觀察法、電導增量法、基于平均功率的變步長法的分析后，我們決定采用電導增量法來跟蹤最大功率點。最后對孤島效應及其檢測方法進行了簡單的介紹，了解到孤島效應檢測的考慮在光伏并網(wǎng)逆變器設計中也是非常必要的。 第三章 基于DSP的并網(wǎng)逆變器硬件電路的設計經(jīng)過第二章對逆變系統(tǒng)控制方法的分析，我們確定了本設計的控制方案，其整體結構如圖31所示。它包括一個直流斬波電路、直流/交流變換和LC頻率濾波等部分，其中Ugrid 代表電網(wǎng)側的電壓。圖31逆變器系統(tǒng)整體控制框圖在并網(wǎng)逆變器中的光伏電池陣列的直流輸出電壓相對較低，所以電池陣列可以直接采用多級串聯(lián)而獲得需要的逆變電路側的母線電壓，但由于電功率的輸出以及環(huán)境的變化，使得逆變器直流母線電壓將會產(chǎn)生波動，電池電源側輸出功率也也會產(chǎn)生波動。所以為了升高直流母線電壓我們需要增加一個DC/DC升壓變換電路來，并且采用雙閉環(huán)控制來實現(xiàn)對母線電壓的控制。 基于DSP的控制系統(tǒng)硬件設計在控制系統(tǒng)中，數(shù)字信號處理器是一種專用于數(shù)字信號處理的微處理器。它的原理是利用計算機或專用的處理設備對其接收的信號進行采集、變換、識別等加工處理來實現(xiàn)控制的目的。該芯片控制精度高、坑干擾性強、性能穩(wěn)定，在該領域應用較為廣泛。在本設計中，我們選擇由TI公司推出的TMS320F2812芯片來實現(xiàn)逆變器的控制。 數(shù)字信號處理器DSP簡介TMS320F2812是由TI公司研制的32位DSP芯片。它具有反應迅速，系統(tǒng)運算精度高，處理能力強，具有良好的抗干擾性等特點。而且它還擁有足夠的I/O接口，因此應用十分廣泛。其功能結構框如圖32所示。 圖32 F2812的內部資源框圖 DSP系統(tǒng)硬件電路設計在硬件電路設計中，其電路圖是由Protel DXP軟件來完成的。它是由Altium公司生產(chǎn)的一個電子線路設計軟件，可以設計各種電路圖和PCB圖。而且其元件集成庫中含有每個元件的原理圖符號、分裝模型等，為電路設計提供了極大的方便。 （1）輔助電源電路輔助電源的功能是為電路提供低壓電源來保證電路的穩(wěn)定運行。在本系統(tǒng)中，為了獲得更好的電源性能，我們采用雙電源供電機制。 。其中， 是內部邏輯提供電壓。為了獲得該供電電壓，我們對TPS767D318輸入5V的電壓， 如圖33所示。圖33 輔助電源電路 在上圖中，我們?yōu)門PS767D318的引腳112分別提供5V的電壓。將引腳10分別接地。其中引腳4和10分別接地使內部的兩個電壓調整器使能。，D1導通；，D2和D2導通。電容在電路中均起濾波的作用。 （2）A/D轉換電路的設計 A/D轉換調理電路是用來把采集到的信號轉換成TMS320F2812芯片所能識別的工作數(shù)字信號。一般情況下，它是由電壓互感器、傳感器、霍爾元件等器件來將所收集的信號轉為弱電信號，并把該信號經(jīng)調理電路后接入DSP。圖34是轉換電路與芯片連接圖。圖34 A/D轉換電路在上圖中，AD0和AD1為輸入，ADCA0和ADCA1為輸出。1OUT和1IN短接，所以U1OUT=U1IN。根據(jù)虛斷和分壓原理可知，U1IN+=R2/(R1+R2)AD0；由虛短可知，U1OUT=U1IN=U1IN+。所以ADCA0=U1OUT= R2/(R1+R2)AD0。所以，當AD0輸入高電平時，ADAC0頁輸出高電平。同理，ADCA1= R4/(R3+R4)AD1。電容CC2起濾波作用。 （1）直流側電壓采樣電路在本采樣電路中，我們通過在直流輸入端串入一個電壓霍爾傳感器來檢測直流側電壓，并把采集到的電壓信號傳輸?shù)目刂菩酒?。其采樣檢測電路如圖35所示。圖35直流側電壓采樣電路在上圖中，功率電阻R50的作用是檢測原電壓與被測電流的比值。首先我們利用霍爾傳感器處理來獲得所需的電流信號，然后借助取樣電阻來將其轉化成電壓信號，經(jīng)過RC濾波電路濾波后通入電壓跟隨器，由限流電阻處理后在經(jīng)過兩個二極管接入到AD0引腳。 （2）直流側電流采樣電路在直流側電流采樣電路中，為了檢測直流側的電流，我們在直流輸入端串入一個電流傳感器，并將其采集的直流電流信號直接送到芯片中。如圖36所示。圖36 直流側電流采樣電路在霍爾采樣中，實際與輸出比例為1000：1，輸出電流經(jīng)過取樣電阻R46轉化為電壓信號。通過R53和C38濾波后，經(jīng)過一個限流電阻R47送入到電壓跟隨器中。然后再由限流電阻處理后在經(jīng)過兩個肖特基二極管后接入到AD1引腳。 （3）交流側電壓采樣電路在交流側電壓采樣電路中，霍爾電壓傳感器的作用是測得交流側的電壓，本設計選用霍爾電壓傳感器型號為HNV025A。該傳感器電源電壓是，絕緣電壓是3kV，輸入額定電流為，輸出額定電流為。取得電壓傳感器的電壓幅值范圍是[5V，+5V]。 如圖 37所示。圖37 交流側電流采樣電路在上圖中，電路圖的輸入是霍爾傳感器接收的輸出信號。其原理是先用一個電壓跟隨器將輸出信號減半；然后利用一個加法器將輸入的交流信號轉換為單極性信號。然后再將信號減半后接入RC濾波電路，最后由兩二極管限幅處理后接入AD3引腳。 （4）交流側電流采樣電路在該電路中，我們利用霍爾傳感器中來獲得一定比例的弱電壓信號。電路如圖38所示。圖38交流側電流采樣電路在本設計中，霍爾電流傳感器的型號為HNC100LA。額定電流為100A，電源電壓為，輸出額定電流為50mA。其中穿過電流傳感器中間孔的測量信號為原邊的輸入信號。將電阻和輸出端的電流信號串接起來即可轉換為采樣電壓信號。首先我們將霍爾傳感器獲得的電流信號，經(jīng)過取樣和濾波處理后后傳入電壓跟隨器，由限流電阻處理后在經(jīng)過兩個二極管接入到AD4引腳。 （5）電網(wǎng)交流側過零比較電路在本系統(tǒng)中采用的控制芯片只可以接收脈沖信號，因此我們一定要先將電網(wǎng)正弦波信號調整為脈沖信號，而且他們之間擁有相同的過零點。所以要求設計相應的輔助電路來完成，如圖39所示。