【文章內(nèi)容簡介】 ，當實際電網(wǎng)電流和給定電流的差值超過環(huán)寬時，就會產(chǎn)生PWM波信號。若確定，則輸出電流的誤差范圍不變。滯環(huán)環(huán)寬對跟蹤性能的影響較大，如果環(huán)寬過寬時，開關的動作頻率低，但跟蹤的誤差增大；如果環(huán)寬過窄時，跟蹤的誤差減小，但開關的動作頻率會變得過高，甚至會超過開關器件的允許頻率范圍，開關損耗增大。這種控制方式有以下特點：，輸出電壓波形中不含特定頻率的諧波分量。，相同開關頻率時輸出的電流中高次諧波含量較多。，電流響應快。，這是各種電流跟蹤型PWM型變流電路的共同特點。三、SVPWM電流控制方式空間矢量PWM控制策略是依據(jù)逆變器空間電壓（電流）矢量切換來控制逆變器的一種新穎思路的控制策略。采用逆變器空間電壓矢量（SVPWM）的切換來獲得準圓形旋轉磁場，這樣能夠在開關頻率不高的條件下，使得逆變器輸出獲得較好的性能。綜上幾種控制的優(yōu)缺點，本設計光伏并網(wǎng)逆變器采用電流滯環(huán)瞬時比較控制方式。 最大功率點跟蹤在太陽能電池陣列光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，太陽能電池陣列的內(nèi)阻不僅要受到日照強度的影響，而且還要受環(huán)境溫度及負載的影響，并且一直處在不斷變化之中，光伏并網(wǎng)系統(tǒng)也由此變得不確定。這必然會降低光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率。因此為了不斷能夠獲得最大功率的輸出，太陽能電池必須實現(xiàn)最大功率點跟蹤。一、恒定電壓法當外界溫度不變時，太陽能電池在不同光照強度下的開路電壓和最大功率點電壓都在某一個恒定值附近；當光照不變環(huán)境改變時，太陽能電池最大功率點隨開路電壓而變化，而且?guī)缀跸嗤淖兓壤齕9]。所以，我們可以近似認為太陽能電池的開路電壓與最大功率點（MPPT）電壓成線性比例關系：。保證使電壓工作點穩(wěn)定在附近，這就可以保證太陽能電池最終具有在當前環(huán)境下的最大功率輸出。一定的條件下，采用恒壓控制跟蹤的方法不僅可以得到比直接匹配更高的功率輸出，還可以用來簡化和近似最大功率點跟蹤控制。二、擾動觀察法擾動觀察法的基本原理是先給出一個擾動值，在測量太陽能電池陣列輸出功率的變化，如果功率減小，表示擾動方向錯誤，可按方向擾動。如果功率增加，表示擾動方向正確，可繼續(xù)朝同一個方向擾動。如此反復的擾動、觀察以及比較，使光伏電池達到最大功率點。這種方法的特點是原理清晰，實現(xiàn)簡單，被測參數(shù)較少，而且不需要知道太陽能的特性曲線，能夠較普遍地被應用在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的最大點功率跟蹤控制上。但是這種方法也有它的一些缺陷，因為始終有擾動電壓存在，在最大功率點跟蹤過程中將會導致一些功率損失；若跟蹤步長太小，當外界環(huán)境條件發(fā)生變化時，不能快速跟蹤、容易引起振蕩。當光照和溫度有大幅度變化時，這種跟蹤到另一最大功率點的速度變慢，不能快速跟蹤。三、電導增量法電導增量法避免了功率擾動觀察法的盲目性，可以判斷出最大功率點電壓與工作點電壓電壓之間的關系。由太陽能輸出功率與輸出電壓的關系可知：；；。最大功率點時的功率為，兩邊同時對U求導得： （）令上式（）等于0可得： （）由上式（）可知當輸出電導的變化量等于輸出電導的負值時，陣列獲得最大功率。電導增量法通過比較太陽能電池輸出的電導增量和瞬時電導來改變控制信號。其控制算法同樣需要對太陽能電池輸出的電壓和電流進行采樣。優(yōu)點是當環(huán)境發(fā)生變化時，能夠快速跟蹤其變化，需要一些處理速度快的芯片進行控制。綜合以上三種方法的優(yōu)缺點，本設計的光伏并網(wǎng)逆變器采用電導增量法進行捕捉最大功率點。 孤島效應在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，直接將太陽能逆變后的電能饋送給電網(wǎng)，從而需要設置各種完善的保護措施。對于通常電網(wǎng)系統(tǒng)工作時可能出現(xiàn)的器件過流、器件過熱、器件驅(qū)動信號欠壓、太陽電池輸出欠壓以及電網(wǎng)過壓、欠壓等故障狀態(tài)，通過硬件電路檢測配合軟件進行處理比較容易。對于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)而言，需要考慮在一種特殊的故障狀態(tài)下的應對策略——孤島效應的防止對策。 孤島效應的影響和危害所謂孤島(islanding)效應是指當電網(wǎng)由于電氣故障、誤操作或自然因素等原因中斷供電時，光伏發(fā)電系統(tǒng)未能及時檢測出停電狀態(tài)而脫離電網(wǎng)，使太陽并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)和周圍的負載組成的一個電力公司無法掌握的自給供電孤島[5]。孤島效應，可能會對用戶、電網(wǎng)會對整個配電系統(tǒng)設備及用戶端設備以及維修人員造成危害。主要有以下幾種情況：，由于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)持續(xù)獨立供電給負載，將使得維修人員在進行修復時，生命安全受到威脅。，由于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)失去電網(wǎng)作為參考信號，造成系統(tǒng)的輸出電流、電壓及頻率出現(xiàn)漂移而偏離電網(wǎng)頻率，產(chǎn)生不穩(wěn)定的情況，且可能含有較大的電壓于電流諧波成分。若未及時將太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)切離負載，可能使得某些對頻率敏感的負載損壞。，由于電壓相位不同，可能發(fā)生較大的沖擊電流，造成相關的設備損壞。當電網(wǎng)恢復供電時，可能會發(fā)生同步的問題。，當孤島現(xiàn)象發(fā)生時，將形成缺相供電，影響用戶端的三相負載[10]。有上可知孤島效應會嚴重影響電力系統(tǒng)的安全和正常運行。所以，必須尋求適當?shù)慕鉀Q策略來應對日趨嚴重的孤島效應問題。 孤島效應的檢測方法現(xiàn)有的孤島效應快速檢測系統(tǒng)就是檢測是否孤島運行，如果出現(xiàn)孤島運行，就讓光伏發(fā)電系統(tǒng)立即停止供電。孤島效應的檢測技術一般分為兩類——被動檢測法和主動檢測法。被動檢測法是利用檢測電網(wǎng)的某些狀態(tài)參量(電壓、頻率、相角等)作為電網(wǎng)是否發(fā)生故障的判斷依據(jù)。電網(wǎng)故障后，負載電壓及頻率均不能穩(wěn)定，從而可以判斷孤島效應是否發(fā)生。但是在源負載功率基本接近時，斷電后負載的電壓和頻率變化很小，被動檢測法就會失效。主動檢測法是通過并網(wǎng)逆變器定時產(chǎn)生一個擾動信號，然后觀察電網(wǎng)是否受到影響作為判斷電網(wǎng)是否發(fā)生故障的依據(jù)。當發(fā)生孤島效應的情況時，主動擾動將造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。即使光伏電源的功率與局部電網(wǎng)負載的功率平衡時，也會通過擾動破壞功率平衡，造成系統(tǒng)的電壓、頻率和相角有明顯變化，從而能夠檢測出孤島效應。第三章 基于DSP的并網(wǎng)逆變器硬件電路的設計 并網(wǎng)逆變器總體結構光伏并網(wǎng)逆變電器采用兩級式并網(wǎng)逆變器。它包括直流升壓斬波電路變換、DC/AC工頻變換以及LCL濾波器等部分，其中Ugrid 表示電網(wǎng)側的電壓。光伏電池陣列的直流輸出電壓較低，雖然可以直接采用多級串聯(lián)獲得需要的逆變電路側的母線電壓，但是隨著電功率的輸出以及環(huán)境的變化，逆變器直流母線電壓將會產(chǎn)生波動，從而使得電池電源側輸出功率也隨之波動。所以需要增加一個DC/DC升壓變換電路來升高直流母線電壓，采用閉環(huán)控制來實現(xiàn)直流母線電壓的穩(wěn)定。 基于DSP的控制系統(tǒng)硬件設計自20世紀60年代以來，數(shù)字信號處理器（Digital Signal Processing，DSP）日漸成為一項比較成熟的技術，并在多項應用領域逐漸取代傳統(tǒng)了傳統(tǒng)模擬信號處理系統(tǒng)。與模擬信號處理系統(tǒng)相比，數(shù)字信號處理技術及設備具有靈活、精確、快速、坑干擾能力強、設備尺寸小、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，所以目前大多設備采用數(shù)字技術設計實現(xiàn)。本設計采用TI公司推出的TMS320F2812芯片。數(shù)字信號處理器是利用計算機或?qū)Ｓ玫奶幚碓O備，以數(shù)值計算的方式對信號進行采集、變換、綜合、估計與識別等加工處理，從而達到拾取信息和控制的目的。數(shù)字信號處理器的實現(xiàn)是以計算機技術和信號處理理論發(fā)展為基礎的，在其發(fā)展歷程中，有兩件事加速了DSP技術的發(fā)展。其一是Cooley和Tuckey對離散傅立葉變換的有效算法的解密，另一個就是可編程數(shù)字信號處理器在20世紀60年代的引入。這種采用哈佛結構的處理器能夠在一個周期內(nèi)完成乘法累加運算，與采用馮諾依曼結構的處理器相比有了本質(zhì)的改進，為復雜信號處理算法和控制算法的實現(xiàn)提供了良好的實現(xiàn)平臺[11]。 DSP概述一、DSP內(nèi)部結構TMS320F2812處理器有較高的運算精度（32位）以及系統(tǒng)的處理能力（達到150MIPS）。這種芯片集成了128KB的Flash儲存器，4KB的引導ROM，數(shù)學運算表以及2KB的OTPROM，因此能夠大大改善其應用的靈活性。 DSP內(nèi)部結構通過DSP的結構可以歸納出DSP的以下特點：，主頻達150MHz（）、功耗低、。，哈佛結構、快速中斷響應和處理能力、統(tǒng)一尋址模式、高效的代碼轉換功能。，最多達128K16位的Flash存儲器。引導（BOOT）ROM,外部存儲器擴展接口。，支持動態(tài)改變鎖相環(huán)節(jié)的倍頻系數(shù)、片上振蕩器、看門狗。三個外部中斷，外設中斷擴展模塊（PIE）支持45個外設中斷、三個32位CPU定時器、128位保護密碼。，每一個事務管理器包括：兩個16位的通用定時器；8通道16位的PWM；不對稱、對稱或者四個矢量PWM波形發(fā)生器；死區(qū)產(chǎn)生和配置單元；外部可屏蔽功率或驅(qū)動保護中斷；三個完全比較單元；三個捕捉單元，捕捉外部事件；同步模數(shù)轉換單元。，串行外設接口（SPI）、兩個UART接口模塊（SCI）、多通道緩沖串口（McBSP）。，28通道復用輸入接口、兩個采樣保持電路、單/連續(xù)通道轉換、流水線最快轉換周期為60ns,單通道最快轉換周期200ns、可以使用兩個事件管理器順序觸發(fā)8對模數(shù)轉換。，先進的仿真調(diào)試功能，低功耗模式和省點模式。二、DSP外圍設備TMS320F2812數(shù)字信號處理器集成了很多內(nèi)核可以訪問和控制的外部設備，內(nèi)核需要某種方式來讀/寫外設。因此，CPU將所有的外設都映射到了數(shù)據(jù)存儲器空間。每個外設被分配一段相應的地址空間，主要包括配置寄存器、輸入寄存器和狀態(tài)寄存器。 DSP外圍設備 DSP系統(tǒng)硬件電路設計本設計硬件電路圖的設計選用了Protel DXP軟件。它是由Altium公司在2002年推出的，是目前最受歡迎的電子線路設計軟件，利用它可以方便地設計各種電路原理圖和PCB圖。同時，該軟件還附帶了豐富的元件集成庫，其中保存了每個元件的原理圖符號、分裝模型和其他模型等[12]。一、時鐘晶振電路和復位電路通過晶振電路的作用為DSP系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。為了節(jié)約成本，利用DSP芯片內(nèi)部的振蕩器電路，與無源晶體、起振電容一起連接成三點式振蕩器來產(chǎn)生穩(wěn)定時鐘。連接起振電容是為了保證正常的起振，對振蕩頻率的影響極小。無源晶振需要借助于時鐘電路才能產(chǎn)生振蕩信號相對于晶振而言其缺陷是信號質(zhì)量較差，通常需要精確匹配外圍電路，更換不同頻率的晶體時周邊配置電路需要相應的調(diào)整。因為晶振的頻率越高DSP運行速度就越快，越能夠滿足DSP處理能力的要求。 DSP芯片和時鐘晶振通過按鈕實現(xiàn)復位操作。當按鈕S10按下時，將電容C26上的電荷通過按鈕串接的電阻釋放掉，使電容C26上的電壓降為0。當按鈕松開時，由于電容上的電壓不能突變，所以通過電阻R22進行充電，充電時間由R22和C26的乘積值決定，一般要求大于5個外部時鐘周期。這樣就可以實現(xiàn)手動按鈕復位。二、JTAG接口電路和輔助電源JTAG是JOINT TEST ACTION GROUP的簡稱，是一種國際標準測試協(xié)議。標準的JTAG接口是4線——TMS、TDI、TDO、TCK，分別是模式選擇、數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)輸出和時鐘。JTAG的工作原理：在器件內(nèi)部定義一個TAP（TEST ACCESS PORT，測試訪問口），通過專用的JTAG測試工具對內(nèi)