【導讀】太陽能發(fā)電作為一種全新的電能生產方式，具有清潔無污染、來源永。不衰竭且維護措施簡單等特點，因而受到越來越廣泛的關注。本文針對太陽能應。計實現了基于DSP控制的光伏離網逆變器逆變電路部分的硬件電路。光伏離網系統的基本原理。然后提出了以逆變器DC/AC變換技術為核心的光伏。離網逆變器的硬件電路設計方案，并在Matlab軟件上進行了仿真測試。直流電壓電流采樣電路.....

　　

【正文】 進一步化簡可得： **dc grid gridl dcU U UI L f U???即 **dc grid gridl dcU U UL I f U?? ? （ ） 在逆變系統中， 由于 2 2 2 0 3 1 1 , 1 0 .5 , 3 0 0g r id N d cU V I A U V? ? ? ? ? 所以開關管的工作頻率為 f=10kHz， T=100us，取電流的紋波系數為 ir? 16%，則由式（ ）計算可得： 44 0 0 3 1 1 3 1 1 1 1 . 5 35 0 . 1 6 1 1 0 3 0 0L m H?? ? ?? ? ? （ ） 因此，要保證實際的電流紋波 1 0 .5 0 .1 6 1 .6 8l N iI I r A? ? ? ? ?， 所以取電感取值范圍為 mH? 。 （ 2）逆變器的矢量三角形關系 從逆變器的矢量三角形關系可以得出： 0 NNU j LI U??? （ ） 于是可得它們的基波幅值滿足下面公式： ? ?2220 NNU LI U??? （ ） 由 SPWM 正弦脈寬調制理論可以得到 0 dcU mU? 。 其中， m 為調制比，且 1m? ，從而可得： ? ?2 22N N dcLI U U? ?? （ ） 進一步對上式（ ）化簡得： 22dc NNUUL I? ?? （ ） 把數值代入式（ ）計算可得： 223 0 0 2 2 0 3 0 .92 5 0 1 0 .5L m H? ????? （ ） 綜合計算，濾波電感的取值范圍為 L mH??。在實際電感設計過程中，由于電感的成本、體積等因素的影響，一般只考慮取電感的下限值即可。以上計算建立在額定的輸出電壓基 礎上，即 UN=220V 基礎上，最終選取電感值15L mH? 。 三、交流測輸出濾波電容的設計 由于電感和電容一起構成 LC 式的阻高頻通低頻的低通濾波器，有效的抑制了高次諧波，同時又要遠大于基波的頻率，避免輸出電流發(fā)生畸變，一般取電流的基波頻率為 10～ 20倍的基波頻率，本文取 13倍的基波頻率進行分析。 由 12f LC??得： ? ? ? ?22311 42 * 1 3 1 5 1 0 2 5 0 1 3CFLf ??? ?? ? ?? ? ? ? ? ? （ ） 其中基波頻率取為 50Hz，把電感值帶入上式（ ）可以求出電容值為4CF?? ， 最后選取電容值為 4 /350FV? 。 5 系統的軟件構架 系統的控制方式 由于課題主要是針對逆變部分的設計，這里主要是對逆變器部分的一個控制方法的闡述。 本系統采用 PI電壓外環(huán)電流內環(huán)的雙環(huán)控制方式。其控制的一個電路拓撲如圖 所示。 電 流 采樣電 壓 采樣S P W M 發(fā) 生器三 角 載 波發(fā) 生 器P I P IS 1S 3S 2S 4UdCdLZCiLUr g 圖 逆變器控制圖 如圖 ，拓撲結構采用單相全橋逆變電路。 S1～ S4 開關管的 SPWM控制信號來自控制電路。 SPWM 是由參考正弦波與一定頻率的三角波相比較而產生的，正弦值大于三角波的值，則輸出 1，即開通開關元件，反之則關斷。幅值不同的正弦參考波產生寬度不同的 SPWM 波?？刂齐娐穬炔孔屨也ê弯忼X波進行比較產生四路控制信號，分別用來控制 S1～ S4 。開關管一共有 4種開關模式，分別是： S1， S4開； S2， S3 開； S1， S2。開； S3， S4 開。其中，只有兩種開關模式有輸出電壓（ S1， S4 開； S2， S3 開。） S1， S4 開，輸出為正 ； Q2， Q3 開，輸出為負。 通過 AD口采集輸出負載端的電壓和電感上的電流，在 DSP 內部通過 PI 雙環(huán)控制，產生 SPWM 信號波。 SPWM 信號的產生由：用 DSP 中的事件管理模塊 (Ev)可以產生 SPWM 波。三角載波的時間是開關管的周期來產生的。 控制的流程如下所示： 參 考 的正 弦 信號P I P I逆 變器iLU oUi niLUfii n三 角 載 波 圖 雙環(huán) PI控制圖 在圖 中：參考正弦電壓與輸出電壓比較得到的誤差電壓經過 PI調節(jié)后作為電流的參考指令與電感電流作比較，得到一個電流誤差信號，電流誤差信號再經過 PI 控制后與三角載波比較產生占空比來控制逆變 器的開關。和電壓單閉環(huán)相比，增加了電感電流內環(huán)控制，使得系統的帶寬增大，反應速度加快，系統抗干擾能力強，穩(wěn)定性好，調節(jié)時間短，諧波含量小，同時能有效地限制負載電流，起保護作用，更具優(yōu)越性。 PI 算法的程序框圖 在光伏控制系統中，使用的是數字 PI 控制器，數字 PI 控制算法通常又分 為位置式 PI控制算法和增量式 PI控制算法，由于位置式 PI 算法的每次輸出都與整個過去的狀態(tài)有關，計算式中要對過去的誤差進行累加，累加運算編程不太方便，計算量也較大，用微處理器實現此算法，很容易發(fā)生數據溢出，會導致 u（ k）的大幅度 變化，這在實際情況中是不允許的。因此，本文設計中采用了增量式 PI 算法。其運算的程序框圖如圖 所示： 初 始化采 樣 實 際 值讀 取 參 考 值計 算 兩 者 的偏 差e ( k )計 算 增 量△ U （ k ） = ( K p + K i ) e ( k ) + K p e ( k 1 )計 算 輸 出 量U ( k ) = U ( k 1 ) + △ U （ k ）為 下 一 次 計 算 做 準 備U ( k 1 ) = U ( k )e ( k 1 ) = △ e ( k )返 回 圖 PI運算的程序框圖 PI 控制程序框圖 在本文前面的章節(jié)中對逆變器的控制部分已經有了介紹，本文采用的是雙閉環(huán)的 PI 控制方法。其程序框圖如圖 ： 采 樣 完 成 ？采 樣 輸 出 電 壓 反饋 值計 算 P I 增 量計 算 P I 輸 出 值采 樣 輸 出 電 流 反饋 值采 樣 完 成 ？與 電 壓 P I 輸 出 值比 較 計 算 偏 差與 基 準 值 比 較計 算 偏 差計 算 P I 增 量計 算 輸 出 值計 算 占 空 比 D與 三 角 波 幅 值 進行 比 較送 入 D P S 比 較 寄存 器返 回定 時 器 T 3中 斷NYNY 圖 PI雙閉環(huán)控制的程序框圖 SPWM 波的生成 產生 SPWM 波的原理是：用一組等腰三角波與一個正弦波進行比較，其相交的時刻 (即交點 )作為開關管“開”或“關”的時刻，這組等腰三角形波稱為載波，而正弦波稱為調制波，如圖 所示。正弦波的頻率和幅值是可控制的，改變正弦波的頻率，就可以改變電源輸出電壓的頻率，改變正弦波的幅值，也就改變了正弦波與載波的交點，使輸出脈沖系列的寬度發(fā)生變化，從而改變電源輸出電壓的大小。 圖 SPWM波生成的原理 在本課題 SPWM 波生成的方法為： 利用 DSP 中的事件管理模塊 (EvA)可以產生 SPWM 波。當定時器 T1 處于連續(xù)遞增 /遞減計數模式時，計數寄存器 (T1CNT)中的數值的變化軌跡就是等腰三角形，也就相當于產生了一系列的等腰三角形波。而正弦調制波則是通過將參考正弦波制成表格，查表獲得代表正弦波的數字量得到。采用定時中斷，在每個開關周期，程序從參考正弦表中獲得相應的數字量，并將它賦值給比較寄存器 CMPRx（ x= 3）。 其生成的步驟為：在程序的初始化部分建立一個正弦表，在系統運行的時候可以通過查表的方式得到想要的數據。假設在一個正弦波周期內 采樣的次數為NX，則在第 n 個點的采樣值為式 ()所示 ： NXnNXnYn ??????????? 43210)2s i n( 、? () 在實際的使用的過程中，由于正弦表中的值要能被比較寄存器使用，所以不能出現負值，從上式可以看出當 2NXn? ， Yn0，此時就不能正常使用了，因此可以把上面的公式改寫為下面的公式 ()： NXnNXnMPRYn ???????????? 43210)]2s i n(1[2 、? () 其中 PR為周期寄存器 中的計數周期值。 對 Yn 取整，從 n=1 到 n=NX，得到 NX 個正弦采樣值的表格，設置通用定時器的計數方式為連續(xù)增減計數方式，在中斷程序中調用表中的值即可產生相應的按正弦規(guī)律變化的方波信號。其程序框圖如圖 所示。為了同一橋臂的上下的開關管直通，兩路互補的 PWM 信號還需要要通過死區(qū)時間寄存器 (DBTCONx)來設置一定的死區(qū)時間。 T 1 下 溢 中 斷查 表 ， 計 算 C M P R 1偏 移 指 針 前 移 計 數周 期 的 1 / 3 倍指 針 需 要 調 整 ？調 整YN查 表 ， 計 算 C M P R 2偏 移 指 針 前 移 計 數周 期 的 1 / 3 倍指 針 需 要 調 整 ？調 整查 表 ， 計 算 C M P R 3基 指 針 + 1指 針 為 空 ？基 指 針 指 向 正 弦 表 表 首清 除 中 斷 標 志返 回中 斷 開 始YNYN 圖 SWPM生成程序框圖 6 采樣電路 直流電壓電流采樣電路 圖 所示的為直流電壓采樣電路圖， R VR1 和 R10 為分壓電阻，將直流電壓分壓后給運放，本文用的是 LM358,這里采用的是其雙電源工作模式。電壓與電流信號經過光耦隔離后，經過去藕電容 C105 后 送給 DSP2812 的 相應 端口進行 采樣 。 R 1D CD C+_R 2R 3C 1R 4D 1R 5C 2D C采 樣R 6C 3 圖 55 直流電壓電流采樣電路 交流電壓與頻率的采樣 圖 是交流電的采樣電路，主要采樣的交流電有逆變輸出，以及旁路輸入的交流電，將旁路檢測的電壓通過變壓器的變壓后，通過分壓和 RC 濾波電路后輸入到 DSP 的對應端口；頻率采樣是通過放大電路后送到 DSP 的 CAP 過零捕獲來進行頻率采樣的。對于旁路輸入還有電流的檢測，和交流電壓的檢測類似，這里就不多說了。 A CT 1+ 5 V+ 1 5 V 1 5 VR 6R 7R 1 4D 1D 2R 8R 1 1R 1 0R 9C 6R 1 2R 2 3R 1 3C 7C 4R 1 5R 1 6C 5 D 3 圖 交流電壓頻率的采樣電路 光伏并網逆變器仿真測試 Boost 升壓電路仿真測試 Boost升壓斬波電路是將光伏太陽能電池陣列輸出的電壓進行升壓變換，電路結構簡單，效率較高、控制也較為簡單。由以上章節(jié)中對光伏并網逆變器的結構進行的設計，參數的計算，本設計用 Mtalab的 Simulink模塊 [20]進行仿真測試，通過波形分析所設計的參數是否達到了本文主要性能指標的要求。 的電壓電流波形，脈動在要求的范圍之內，達到了預期的效果，證明了設計的可行性，