【正文】 率輸入到主控芯片中來實現(xiàn)同步。使用時使被測量的電流信號穿過電流傳感器中間的孔，這時候電流傳感器的輸出端輸出處理后采樣信號。 電流檢測電路的設(shè)計 本設(shè)計中交流側(cè)電流信號也需要被采集到控制系統(tǒng)中，本設(shè)計選用型號HNC100LA 的霍爾電流傳感器將交流側(cè)電流信號處理成一定比例的弱電壓信號HNC100LA 型霍爾電流傳感器的性能良好：具有 的絕緣電壓，電源電壓為177。這樣就可以被 DSP 的 AD 轉(zhuǎn)換處理了。這個電壓跟隨器由運(yùn)算放大器構(gòu)成，它將傳感器的輸出信號減半，輸出范圍為 [， ]的模擬信號；將模擬信號輸入到加法器中處理后輸出單極性中北大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)論文 第 21 頁 共 70 頁 的范圍為 [0V， 5V] 的信號?；魻栯妷簜鞲衅鞯妮敵鲚斎氲? Uin，信號的輸入范圍為 [5V， 5V]。設(shè)計電壓檢測與調(diào)理電路如圖 所示。在設(shè)計中，霍爾電壓傳感器輸出的電壓幅值在 [5V， 5V]的范圍內(nèi)。10mA，輸出額定電流為 177。該傳感器具有 3kV 的絕緣電壓，電源電壓 177。 應(yīng)用設(shè)計 編輯源代碼 創(chuàng)建相關(guān)的配置和 工程文件 調(diào)試 分析和 調(diào)整 中北大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)論文 第 20 頁 共 70 頁 輔助電源電路 電壓檢測電路的設(shè)計 本文設(shè)計中需要通過霍爾電壓傳感器檢測兩路電壓信號，分別為一路直流電壓信號和一路交流電壓信號。 并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 輔助電源設(shè)計 本系統(tǒng)設(shè)計的輔助電源，從直流輸入取電，采用控制芯片 UC3844，經(jīng)變壓器產(chǎn)生四路相互隔 離的電源，分別供給主芯片、 IPM 模塊、繼電器和各種有源芯片。 DSP 的開發(fā)需要一定的軟件工具， CCS（ Code Composer Studio）就是專門開發(fā) DSP 的一 種集成開發(fā)環(huán)境，可視化程度高，界面良好，集成了編輯、調(diào)試代碼、跟蹤、分析等多種功能 [25]。 F2808 外設(shè)資源豐富、片內(nèi)存儲空間足以滿足平常使用、足夠多的 I/O 口、非常迅速的 A/D 轉(zhuǎn)換速率等，并且與TMS320F280x 系列其他芯片相比具有相同的管腳結(jié)構(gòu)，代碼也完全兼容，具有很好的可移植性。與 TI 前期推出的 C24x 系列 DSP 相比，各項指標(biāo)都有較大改善，性能也大大提高。 222m ax4d c g ri dg ri ddcUUTU LU i I???? （ ） 3 并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng) 硬件 設(shè)計 上章中對單相并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)的總體設(shè)計及各部分模塊的功能作了詳細(xì)介紹，本章主要就控制系統(tǒng)的硬件具體實現(xiàn)作全面介紹。 2griddcUtTU? （ ） 將式（ ）代入式（ ）得， 24 dcTUi LU? （ ） 變換得， 2max4 dcTUL Ui? （ ） 對電壓有， 2 2 2inv grid LU U U?? （ ） 因為 inv dcUU? 則， 中北大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)論文 第 18 頁 共 70 頁 22L dc gridU U U?? （ ） 其中 LU 為電感電壓幅值。設(shè)電感 L上的電流紋波最大值為 maxi ，則對于電感 L有： inv grid iU U L t?? （ ） 因為 1inv dcUUT?， 代入式（ ）則 1 dc grid iU U LTt?? （ ） 其 中， T 為載波周期， dcU 為直流側(cè)電壓。濾波電感在整個系統(tǒng)中有兩個作用：抑制開關(guān)器件的高頻分量；控制其兩端的電壓來控制并網(wǎng)電流。頻率 20KHz。同時考慮到系統(tǒng)余量，選擇功率開關(guān)管的耐流值應(yīng)該在 100A中北大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)論文 第 17 頁 共 70 頁 以上。當(dāng)并網(wǎng)逆變器電路正常工作時，流經(jīng)功率開關(guān)管 IGBT的電流峰值與濾波電感電流峰值一致，同時考慮到余量，則要求開關(guān)管的電流額定值必須略大于電感峰值的最大值。選取Ud=400V。 系統(tǒng)主電路參數(shù)設(shè)計 直流側(cè)輸入電壓 Ud 的選擇，并網(wǎng)系統(tǒng)直流側(cè)的電壓必須大于交流側(cè)的峰值電壓，否則系統(tǒng)不能正常工作。利用 SPWM 控制，使得兩對 IGBT 管交替重復(fù)開關(guān)動作，輸出等效交流電壓，再經(jīng)過濾波器的作用，使輸出端形成正弦波交流信號。當(dāng) V V4 截止后， V V3 導(dǎo)通，電流從電源正極經(jīng) V濾波器、 V2 后，再回到電源負(fù)極。 單相并網(wǎng)逆變器的基本原理 在圖 中，功率開關(guān)元件采用四 只 IGBT 管 V V V V4，由 DSP 輸出的 SPWM 脈寬調(diào)制信號控制驅(qū)動 IGBT 管的導(dǎo)通或截止。 6. 通訊電路 通訊電路可以實現(xiàn)人機(jī)交互功能，隨時對系統(tǒng)運(yùn)行狀況實施監(jiān)控，便于遠(yuǎn)程控制。保護(hù)檢測電路要能夠保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，必須有可靠的靈敏性，反應(yīng)要迅速準(zhǔn)確。需要采樣的信號經(jīng)采樣電路送入 DSP 中，主要包括以下信號： （ 1） 直流母線電壓采樣； （ 2） 直流電流采樣； （ 3） 電網(wǎng)電壓信號，需要測出幅值、頻率及相位； （ 4） 并網(wǎng)電流信號； （ 5） 逆變器溫度信號檢測； （ 6） 繼電器開關(guān)信號。 4. 信號采樣調(diào)理及故障檢測電路 為實現(xiàn)逆變系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，需要對一些信號進(jìn)行實時采樣，再經(jīng)過適當(dāng)調(diào)理后送入 DSP 處理。主控單元實現(xiàn)的功能可以用圖 表示，具體描述如下： （ 1） 產(chǎn)生 IGBT 驅(qū)動信號； （ 2） 對電網(wǎng)電壓完成鎖相，產(chǎn)生同頻同相的基準(zhǔn)信號； （ 3） 完成對反饋電流信號的控制； （ 4） 實現(xiàn)系統(tǒng)保護(hù)功能； （ 5） 實現(xiàn)人機(jī)交互。要求輔助電源電路為 DSP 芯片、各種有源器件提供可靠的供電，本系統(tǒng)設(shè)計的輔助電源，從直流輸入取電，采用控制芯片 UC3844，經(jīng)變壓器產(chǎn)生四路相互隔離的電源。各部分作用不同，分工協(xié)作，組成一個整體。主電路拓?fù)淙鐖D 所示。 另外可以依據(jù)逆變器的輸入和電網(wǎng)之間有沒有電氣聯(lián)系，是否隔離，將逆變器分為隔離型的和非隔離型的：根據(jù)逆變器采用幾級拓?fù)?，可以將逆變器分為單級式、兩級式和多級式逆變器。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。 圖 單相電壓型并網(wǎng)逆變器拓?fù)? 圖 給出了單相電流型并網(wǎng)逆變器的拓?fù)洌c電壓型相比，直流側(cè)不再并聯(lián)電容，而是串接一個電感，輸出側(cè)采用 LC 濾波器，用來濾除輸出電流中的高頻開關(guān)諧波。 根據(jù)逆變器輸出相數(shù)的不同，可以劃分為單相逆變器、三相逆變器：根據(jù)直流輸入端儲能元件的不同，又可以分為電壓型并網(wǎng)逆變器和電流型并網(wǎng)逆變器 [12]。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在選擇并網(wǎng)逆變器的拓?fù)鋾r， 主要考慮如何降低成本、提高效率，而且由于逆變器輸入的直流電壓存在波動，所以要求選擇的拓?fù)淠艹惺芨鞣N實際運(yùn)行中存在的問題 [11]。 2 單相并網(wǎng)逆變器的總體設(shè)計 單相并網(wǎng)逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 并網(wǎng)逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有很多形式，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同，具有的特點不同，相應(yīng)的控制方法也不盡相同，所以要先確定符合設(shè)計要求的拓?fù)?，然后再展開相關(guān)研究。 本課題要解決的問題 設(shè)計一種基于 DSP 控制的單 相并網(wǎng)逆變器。 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(rèn)為當(dāng)今逆變技術(shù)發(fā)展的重要方向之一 [18]。針對這些要求，在逆變器并網(wǎng)控制技術(shù)上提出了以下幾個方面的研究方向：逆變器 兩種工作模式的無縫切換技術(shù) [14]；逆變器工作過程中的同步鎖相和電壓跟蹤技術(shù) [15]；并網(wǎng)工作下的防孤島技術(shù) [16]。 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(jìn)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(dá)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]。例如，并網(wǎng)逆變器采用雙向功率流動的拓?fù)?，在并網(wǎng)工作時，既可以向電網(wǎng)提供電能，同時也可以當(dāng)電網(wǎng)電能富足時，從公用電網(wǎng)吸收電能，并將其儲存起來。 但是，隨著世界各國對可再生能源開發(fā)重視程度的不斷提高，針對并網(wǎng)逆變器的技術(shù)研究也越來越多，人們對以往控制技術(shù)的不足，紛紛提出了很多的研究方向，大體可以分為以下幾個方向： 1 并網(wǎng)逆變器的拓?fù)浞诸惣翱刂品椒ǖ难芯? 目前研究人員提出 針對不同的系統(tǒng)要求，逆變器應(yīng)該有著各種不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對于功率較小的并網(wǎng)逆變器可以采用高效、低成本的單級變換器，而多級逆變器變換結(jié)構(gòu)可以使用在大功率、寬電壓范圍的輸入的應(yīng)用場合 [10]。在整個系統(tǒng)中最主要的就是逆變器，它采用的是 SPWM 逆變技術(shù) [8]。人們對可再生能源并網(wǎng)發(fā)電的技術(shù)進(jìn)行了大量的研究，并使得該技術(shù)得到了迅速的發(fā)展和應(yīng)用 [7]。而逆變器則在其中擔(dān)任了及其重要的位置。由于本次研究主體是對于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的單相逆變器并網(wǎng)運(yùn)行，所以必須得兼顧一些風(fēng)電行業(yè)必須面對的問題與挑戰(zhàn)。隨著系統(tǒng)的容量增大，單個逆變器 的容量已經(jīng)不能滿足要求。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)。 作為新能源發(fā)電系統(tǒng)和電網(wǎng)的接口設(shè)備，并網(wǎng)逆變器是研究熱點之一。然后用有保護(hù)電路 的逆變電源，把電池里的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成交流電并入電網(wǎng)，才能保證穩(wěn)定使用。 據(jù)了解，大部分的新能源直接產(chǎn)生的能量通常是不穩(wěn)定的，他們在并網(wǎng)時如果不加控制和調(diào)節(jié)，就會對電網(wǎng)造成沖擊，同時為了保證將盡可能多的有功能量送入電網(wǎng)，在新能源發(fā)電系統(tǒng)中還要加上儲能環(huán)節(jié)，這些過程都需要利用變流技術(shù)對其進(jìn)行控制，因此新能源在從其原始狀態(tài)轉(zhuǎn)化到可供人們實際應(yīng)用的電能過程中與變流技術(shù)是密不可分的。中國將成為繼歐洲、美國和印度之后發(fā)展風(fēng)力發(fā)電的主要市場之一 [2]。到 2020 年底，全國風(fēng)電裝機(jī)總?cè)萘繛?126 萬千瓦，居世界第十位。除水力發(fā)電技術(shù)外，風(fēng)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]。本文設(shè)計的鎖相環(huán)利用 DSP 捕捉電網(wǎng)電壓上升沿來實現(xiàn)。同時介紹了軟件設(shè)計的整體思路。并針對 PI 控制器搭建了 S im uli nk 仿真模型。 單相并網(wǎng)逆 變器采用電壓源輸入控制輸出電流的方式，分析了間接電流控制和直接電流控制各自的特點，并介紹了兩種常用的直接電流控制方法： 滯環(huán)控制和三角波比較控制。并網(wǎng)系統(tǒng)采用交 直 交 結(jié)構(gòu)，本文主要研究后級 DC AC 變換，對單相并網(wǎng)逆變器做了總體設(shè)計，各個功能模塊單元也做了詳細(xì)介紹。 中北大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)論文 第 4 頁 共 70 頁 畢 業(yè) 論 文 任 務(wù) 書 3．對畢業(yè)論文成果的要求： 畢業(yè) 設(shè)計 說明書 相關(guān)英文資料翻譯 4．畢業(yè)論文工作進(jìn)度計劃： 起 迄 日 期 工 作 內(nèi) 容 年 月 日 ~ 月 日 月 日 ~ 月 日 月 日 ~ 月 日 月 日 ~ 月 日 月 日 ~ 月 日 查閱資料，了解課題背景，掌握基本技術(shù)，制定設(shè)計思路，完成開題報告； 完成系統(tǒng)方案設(shè)計，完成系統(tǒng)仿真設(shè)計，并對結(jié)果進(jìn)行分析 撰寫畢業(yè)論文說明書并修改完善 翻譯資料及論文修改等 論文答辯 中北大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)論文 第 5 頁 共 70 頁 學(xué)生所在系審查意見： 系主任： 年 月 日 中北大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)論文 第 6 頁 共 70 頁 中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2 0 1 3 屆本科畢業(yè)論文 基于 M A T L AB 的單相逆變器并網(wǎng)控制技術(shù)仿真研究 摘要： 能源危機(jī)加速了人類對可再生能源的研究和開發(fā)，風(fēng)力發(fā)電已發(fā)展成為可再生能源中技術(shù)最成熟、最具發(fā)展?jié)摿Φ陌l(fā)電方式之一。 工作 (紀(jì)律 )要求： 遵守學(xué)校相關(guān)規(guī)定。 掌握的技術(shù)： 電力電子技術(shù)； DSP 控制；單相并網(wǎng)逆變器并網(wǎng)控制技術(shù) 。采用電壓型逆變器電流控制的方式 , 引入固定載波頻率的 SPWM 強(qiáng)迫電流跟蹤和軟件鎖相等技術(shù) , 控制逆變器輸出與電網(wǎng)電壓頻同相的并網(wǎng)電流 , 實現(xiàn)可再生能源