【正文】 4. 單相光伏并網(wǎng)逆變器控制及實(shí)現(xiàn) DC/AC 逆變器控制方案 電壓相量圖及其分析圖 27 所示的逆變器主回路，在功率因數(shù)為 1 的條件下，基波電壓向量可由圖 4。以上討論了這種方法的實(shí)現(xiàn)過程，其中對(duì)于輸出電壓值與電流值的獲得可以通過 10 位的 A/D 轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)。如果UIdui??成立，表明此時(shí) P/U 曲線的斜率為零，達(dá)到了最大功率點(diǎn)。di 不為零，則說明此時(shí)由于日照強(qiáng)度的變化，太陽(yáng)能電池的特性曲線的位置上下產(chǎn)生了位移，需要相應(yīng)的增大或減小擾動(dòng)值。當(dāng) du 為零時(shí)，再判斷 di 是否為零。(1)開始讀入新值后，先比較與舊值間的差值。此控制方法的流程為:(先設(shè)定 Vnwe,Inew，為新測(cè)得的電壓與電流值。由 推出： （3IUP??max 0??duiUIp4）既 ，得到： （30?diIuIi?5）所以要判斷是否達(dá)到最大功率點(diǎn)，須判斷式 35 是否成立。圖 34 偏磁檢測(cè)電路 最大功率跟蹤的實(shí)現(xiàn)在太陽(yáng)能電池板電壓輸出端與一大電容并聯(lián)時(shí)，由于太陽(yáng)能電池本身的I/V 特性，其輸出的電壓與電流均有一定的波動(dòng)，并且此波動(dòng)與日照強(qiáng)度成正比，當(dāng)日照強(qiáng)度低時(shí)，波動(dòng)會(huì)變得很平緩。原邊兩個(gè)線圈接武漢科技學(xué)院 2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)12在主電路變壓器原邊的兩個(gè)繞組上，流過兩個(gè)線圈中的電流方向要相反。偏磁檢測(cè)電路如圖 34 所示。圖 33 DC/DC 變換器控制框圖由于推挽式電路容易因直流偏磁導(dǎo)致變壓器飽和，因此，推挽式電路的設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于如何防止變壓器的磁飽和。當(dāng)檢測(cè)到 DC/DC 變換器輸出電流過大時(shí)， DSP 芯片將減小門極脈沖的寬度，降低輸出電壓，進(jìn)而降低了輸出電流。為使 DC/DC 變換器輸出的電壓穩(wěn)定，將檢測(cè)到的輸出電壓與指令電壓進(jìn)行比較，該誤差經(jīng) PI 調(diào)節(jié)器后控制DSP 芯片輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比。本文中 DC/DC 變換器的逆變電路采用推挽式電路結(jié)構(gòu)。圖 32 DC/DC Boost 及 MPPT 控制武漢科技學(xué)院 2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)11 DC/DC 變換器控制方案太陽(yáng)能光伏陣列輸出電壓和輸出電流的檢測(cè)對(duì)最大功率跟蹤功能的實(shí)現(xiàn)是至關(guān)重要的，精確的電壓、電流測(cè)量值有助于提高最大功率點(diǎn)跟蹤的準(zhǔn)確性。這樣就需要較大的存儲(chǔ)空間，并且微機(jī)控制能力要強(qiáng)。本方法的優(yōu)點(diǎn)是，無需電壓擾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)容易。根據(jù)光伏電池的 VI 特性公式推導(dǎo)出 PI 公式，由此得到一組與各照度相對(duì)應(yīng)的 PI曲線，其形狀與 PV 曲線類似 PI 曲線上也存在最大值，在最大值處等式成立在 PI 坐標(biāo)中為近似為正比例函數(shù)，其圖形為直線，這樣此直線就0?dIP是最大功率點(diǎn)的軌跡。缺點(diǎn)是其算法較為復(fù)雜，且在跟蹤的過程中需花費(fèi)相當(dāng)多的時(shí)間去執(zhí)行 A/D 轉(zhuǎn)換。當(dāng)電壓差值不為零時(shí)，比較電導(dǎo)變化量與負(fù)電導(dǎo)值的關(guān)系，若式(33)成立則表示在最大功率點(diǎn)處，若電導(dǎo)變化量大于負(fù)電導(dǎo)值，則表示此處功率曲線斜率為正，增大 D，反之減小 D。該控制方法的實(shí)現(xiàn)方法為，將新檢測(cè)的電壓、電流值計(jì)算與原值進(jìn)行比較，先判斷電壓差值是否為零，若為零則再判斷電流差值是否為零，若都為零則表示阻抗一致，變換器占空比 D 保持不變。 （3IVP??max1） （30?dI2） （3V??武漢科技學(xué)院 2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)93）(33)式就是達(dá)到最大功率點(diǎn)的條件，即當(dāng)輸出電導(dǎo)的變化量等于輸出電導(dǎo)的負(fù)值盯，陣列工作于最大功率點(diǎn)。電導(dǎo)增量法也是 MPPT 控制常用的算法。初始值及跟蹤步長(zhǎng)的選擇比較重要，跟蹤步長(zhǎng)大跟蹤速度就大，但精度較小。其缺點(diǎn)是由于始終有△U 的存在，其輸出會(huì)有一定的微小波動(dòng)，在最大功率跟蹤過程中將導(dǎo)致些微功率損失，并且跟蹤速度較慢。通過不斷擾動(dòng)使陣列工作于最大功率點(diǎn)附近。其原理是先擾動(dòng)輸出電壓值(U pv+△U)，再測(cè)量其功率變化，與擾動(dòng)之前功率值相比，若功率值增加，則表示擾動(dòng)方向正確，可朝同一方向擾動(dòng)△U。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單方便，但缺點(diǎn)是可靠性和穩(wěn)定性均不佳，所以在實(shí)際應(yīng)用中較少采用。相比較，通過判斷比較的結(jié)果來控制調(diào)整輸出電壓值，是一種被動(dòng)式尋找最大功率法。受溫度的影響較大。總的說來，CVT 控制簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)，對(duì)系統(tǒng)控制要求不高。事先將不同溫度下測(cè)得的 Vmax值存儲(chǔ)于微處理器中，實(shí)際運(yùn)行時(shí)，微處理器通過陣列上的溫度傳感器獲取陣列溫度，通過查表確定當(dāng)前的Vmax值。為克服溫度變化給系統(tǒng)帶來的影響，可以在其的基礎(chǔ)上加以改進(jìn):對(duì)給定的 節(jié)。采用此方法較之不帶 MPPT 的直接藕合工作方式效果更好，對(duì)于一般光伏系統(tǒng)可望獲得多至 20%的電能。在日照強(qiáng)度較高時(shí)，該曲線的最大功率點(diǎn)幾乎分布于一條垂直線的兩側(cè)，這說明陣列的最大功率輸出點(diǎn)的對(duì)應(yīng)電壓大致在某個(gè)值附近，在系統(tǒng)對(duì) MPPT 的要求不高的情況下，可以用此特點(diǎn)簡(jiǎn)化控制設(shè)計(jì)。同時(shí)，控制太陽(yáng)能電池板的輸出功率，使其工作在最大功率輸出狀態(tài)(即MPPT技術(shù))，提高發(fā)電效率。因此，充分利用光伏電池所產(chǎn)生的能量是光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本要求。64KI/0 尋址空間。還有可擴(kuò)展的外部存儲(chǔ)器總共為 192K 空間:64K 程序存儲(chǔ)器空間?；?TMS320C2xx DSP 的 CPU 核 C2xLP，保證了 TMS320F2812 的 DSP 代碼和TMS320 系列 DSP 代碼兼容。采用高性能靜態(tài) CMOS 技術(shù)，使得供電電壓降為 ，減少了控制器的功耗。在與現(xiàn)存 24xDSP 控制芯片代碼兼容的同時(shí)，240x芯片具有處理性能更好、外設(shè)集成度更高、程序存儲(chǔ)器更大、A/D 轉(zhuǎn)換速度更快等特點(diǎn)。作為 DSP 控制器 TMS320C24x 系列的新成員，是 TMS320C2022 平臺(tái)下的一種定點(diǎn)DSP 芯片。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前銷售的 DSP 器件中的 80%以上屬于 16 位定點(diǎn)可編程 DSP 器件，預(yù)計(jì)今后的比重將逐漸增大。 DSP 是主流從理論上講，雖然浮點(diǎn) DSP 的動(dòng)態(tài)范圍比定點(diǎn) DSP 大，且更適合于 DSP 的應(yīng)用場(chǎng)合，但定點(diǎn)運(yùn)算的 DSP 器件的成本較低，對(duì)存儲(chǔ)器的要求也較低，而且耗電較省。目前，TI 的 TM320C6X 芯片由于采用 VLIW (Very Long Instruction Word超長(zhǎng)指令字)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其處理速度己高達(dá) 2022MIPS，這是迄今為止的最高速度。由于電了設(shè)備的個(gè)人化和客戶化趨勢(shì)，DSP 必須追求更高更快的運(yùn)算速度，才能跟上電子設(shè)備的更新步伐。 目前一般的 DSP 運(yùn)算速度為 100MIPS，即每秒鐘可運(yùn)算 1 億條指令。生產(chǎn)廠商可在同一個(gè) DSP 平臺(tái)上開發(fā)出各種不同型號(hào)的系列產(chǎn)品，以滿足不同用戶的需求。它可支持各種圖像規(guī)格和各種算法，功能相當(dāng)強(qiáng)。TI 公司的 TMS320C80 代表當(dāng)今 DSP 領(lǐng)域中的最高水平，它在一塊芯片上集成了 4 個(gè) DSP, 1 個(gè) RISC 處理器、1 個(gè)傳輸控制器、2 個(gè)視頻控制器。當(dāng)前的 DSP 多數(shù)基于RISC(精簡(jiǎn)指令集計(jì)算)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是尺寸小、功耗低、性能高。在全球 DSP 產(chǎn)品市場(chǎng)中，TI(Texas Instruments)公司獨(dú)占鰲頭，占世界市場(chǎng) 45%的份額，其次是朗訊(28%) , ADI (12%)、摩托羅拉(12%)、其他公司(3%)。3. DSP 的市場(chǎng)規(guī)模 DSP 市場(chǎng)正處于高速成長(zhǎng)的階段。2. DSP 的應(yīng)用領(lǐng)域 DSP 應(yīng)用廣泛，其主要應(yīng)用市場(chǎng)為 3C(Communication, Computer, Consumer通信、計(jì)算機(jī)、消費(fèi)類)領(lǐng)域，合計(jì)占整個(gè)市場(chǎng)需求 90%。 經(jīng)過 20 多年的發(fā)展，DSP 產(chǎn)品的應(yīng)用己擴(kuò)大到人們的學(xué)習(xí)、工作和生活的武漢科技學(xué)院 2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)4各個(gè)方面，并逐漸成為電子產(chǎn)品更新?lián)Q代的決定因素。現(xiàn)在的 DSP 屬于第五代產(chǎn)品，它與第四代相比，系統(tǒng)集成度更高，將 DSP 芯核及外圍元件綜合集成在單一芯片上。 80 年代后期，第三代 DSP 芯片問世，運(yùn)算速度進(jìn)一步提高，其應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大到通信、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域。這種 DSP 器件采用微米工藝 NMOS 技術(shù)制作，雖功耗和尺寸稍大，但運(yùn)算速度卻比 MPU 快了幾十倍，尤其在語(yǔ)音合成技術(shù)和編碼解碼器中得到了廣泛應(yīng)用。1980 年，日本 NEC公司推出的 UPD7720 是第一個(gè)具有乘法器的商用 DSP 芯片。 世界上第一個(gè)單片 DSP 芯片應(yīng)當(dāng)是 1978 年 AMI 公司發(fā)布的 52811, 1979 年美國(guó) Intel 公司發(fā)布的商用可編程器件 2920 是 DSP 芯片的一個(gè)主要里程碑。因此，直到 70 年代，有人才提出了DSP 的理論和算法基礎(chǔ)。在 DSP 出現(xiàn)之前數(shù)字信號(hào)處理只能依靠 CPU(微處理器)來完成。業(yè)內(nèi)人士預(yù)測(cè)，DSP 將是未來集成電路中發(fā)展最快的電子產(chǎn)品，并成為電子產(chǎn)品更新?lián)Q代的決定因素，它將徹底變革人們的工作、學(xué)習(xí)和生活方式。武漢科技學(xué)院 2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)3 DSP 技術(shù)概括DSP 又稱數(shù)字信號(hào)處理器，是在模擬信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)以后進(jìn)行高速實(shí)時(shí)處理的專用處理器，其處理速度比最快的 CPU 還快 1050 倍。 CPU 控制芯片的選擇CPU 控制回路部分作為該逆變器的大腦部分，其功能為完成脈沖寬度調(diào)制波(PWM 波)的生成和一些諸如 MPPT、故障保護(hù)等重要的控制功能的實(shí)現(xiàn)。其工作的基本模式是升壓脈寬調(diào)制方式。利用 TMS320F2812 型 DSP 芯片的兩路和四路 50KHz 的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，經(jīng)門極驅(qū)動(dòng)來控制 P1 和 P2 以及 S1 到 S4 MOS 管的開通與關(guān)斷，這樣實(shí)現(xiàn)直流升壓和直流電逆變?yōu)閱蜗嘟涣麟?。輸出?jīng)電感 L2 及 C3 后，可濾除由于逆變器中開關(guān)頻率高帶來的高次諧波電流，從而起到平衡逆變器和電網(wǎng)基波(50Hz)之間的電壓差的作用。圖 28 逆變部分的主回路圖，DC/DC 設(shè)計(jì)成推挽式逆變電路，其輸入電壓由光伏系統(tǒng)中的太陽(yáng)能電池組提供。具體控制電路如圖 27 所示:圖 27 并網(wǎng)輸出繼電控制電路 逆變部分的主回路設(shè)計(jì)圖 28 為并網(wǎng)逆變器主回路結(jié)構(gòu)框圖。圖 26 IGBT 柵極驅(qū)動(dòng)電路4 并網(wǎng)繼電控制電路光伏并網(wǎng)逆變器的并網(wǎng)是通過 DSP 控制器的通用輸出端口控制并網(wǎng)繼電器開關(guān)實(shí)現(xiàn)的。選用日本東芝公司的 LTP250 功率管驅(qū)動(dòng)芯片，該芯片具有光藕隔離功能，避免了對(duì) DSP 芯片的干擾。武漢科技學(xué)院 2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)1圖 25 光電藕隔離檢測(cè)電路3 功率管柵極驅(qū)動(dòng)電路功率管選用的是 K30N60 型 IGBT，它是電壓驅(qū)動(dòng)型功率管。本文采用惠普公司的 HCPL7800A 光電藕合器作為光電藕合隔離器件，其非線性度為 %，增益溫漂為℃，帶寬為 1OOkHz。武漢科技學(xué)院 2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)11 控制電路設(shè)計(jì)圖 23 系統(tǒng)控制原理框圖 光伏并網(wǎng)逆變器控制板總體設(shè)計(jì)框圖如圖 24 所示，以 TI 公司的TMS320F28I2 型 DSP 芯片為核心，外圍輔以電壓電流檢測(cè)調(diào)節(jié)及過壓過流保護(hù)電路、電網(wǎng)電壓同步信號(hào)獲取電路、功率管柵極驅(qū)動(dòng)電路、并網(wǎng)繼電控制電路、通信電路及液晶顯示電路。另外，能夠?qū)崿F(xiàn)瞬時(shí)故障鎖定和硬件故障保護(hù)功能。將并網(wǎng)逆變器的工作狀態(tài)，運(yùn)行參數(shù)傳給顯示板和計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送，顯示和采集。A/D 轉(zhuǎn)換模塊采樣輸人的直流電壓、電網(wǎng)電壓并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。7. CPU 控制回路采用 TI 公司的 TMS320LF2407 型 DSP 芯片實(shí)現(xiàn)逆變器控制，主要依靠 DSP的事件管理模塊和 A/D 轉(zhuǎn)換模塊。 MC交流接觸器 MC 直接由 CPU 控制，通過 MC 的開閉實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)系統(tǒng)的并網(wǎng)。單相隔離變壓器，起隔離逆變器和電網(wǎng)的作用。武漢科技學(xué)院 2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)104. DC /AC 逆變單元DC /AC 逆變單元是該并網(wǎng)逆變器的核心部分，根據(jù) CPU 控制回路發(fā)出 PWM開關(guān)信號(hào)控制單相 IPM 功率器件的開通和關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)將高壓直流電逆變成單相交流電，并將其平穩(wěn)送入電網(wǎng)的功能。通過控制該回路中 IPM 功率器件的導(dǎo)通與關(guān)斷，將太陽(yáng)能電池板輸出的低壓直流電升壓成高壓直流電，為 DC/AC 逆變器的工作提供前提條件。 NFL 主要功能為濾除逆變器主回路開關(guān)器件在工作時(shí)產(chǎn)生的高頻電磁噪音和共模干擾，以保證并網(wǎng)逆變器在運(yùn)行時(shí)不對(duì)電網(wǎng)中其它設(shè)備產(chǎn)生不良影響。逆變器控制部分包括 DSP CPU 控制板、驅(qū)動(dòng)檢測(cè)回路、儀表開關(guān)、控制電源等?；谝陨显颍疚脑O(shè)計(jì)了一個(gè) 700W 并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，建立如圖 22 所示的單相光伏并網(wǎng)逆變器結(jié)構(gòu)圖。例如:太陽(yáng)能路燈、草坪燈、家用電器及普通照明電路中。逆變橋的輸出經(jīng) L2 濾波和變壓器升壓隔離，通過并網(wǎng)電感接人電網(wǎng)。由于電網(wǎng)可視為容量無窮大的交流電壓源，因此逆變器的輸出采用電流控制方式，控制逆變器的輸出電流相位跟蹤電網(wǎng)電壓的相位，幅值保持正弦輸出，即可達(dá)到并網(wǎng)運(yùn)行的目的。(2)功率因數(shù)為 1，也就是輸出的電流必須與電網(wǎng)的電壓同頻率同相位。武漢科技學(xué)院 2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)8，并且“孤島”檢測(cè)保護(hù)響應(yīng)快、可靠性好。本課題正是基于這三個(gè)途徑來展開研究的，從多個(gè)方面采取