【正文】 主要目的是使輸出電壓和電網(wǎng)電壓保持同步時(shí)，才可以將光伏電能并入電網(wǎng)。 馮 露 露 1 1 0 5 2 3 0 2 0 5+5 K 1 5 V+ 1 5 V電 壓 霍 爾 采 樣 電 路814132U 1 5 AU a R 3 8U a +C 5 51 0 0 p F+ 3 . 3 VD 2 4D 2 5U I 8 AU I 8 B123456R 4 0R 3 91 0 K1 0 K1 0 K1 0 K1 0 KR 2 6R 2 5V C CR 3 7R 4 31 0 KD 2 6Q 6 I 0 A 8 / c a p 圖 39 電網(wǎng)交流 側(cè)過(guò)零比較電路 將電網(wǎng)電壓通過(guò)霍爾電壓傳感器，送入到 21 倍的運(yùn)算放大電路中，然后驅(qū)動(dòng)三極管的開(kāi)斷，產(chǎn)生方波信號(hào)，利用與非門(mén)將產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)送入 DSPIOA8/cap 引腳，由 DSP 捕捉到正向脈沖信號(hào)而產(chǎn)生一個(gè)中斷。 （ 5） 電網(wǎng)交流側(cè)過(guò)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(hào)，因此我們一定要先將電網(wǎng)基于 DSP 的光伏并網(wǎng)逆變器硬件電路的設(shè)計(jì) 16 正弦波信號(hào)調(diào)整為脈沖信號(hào)，而且他們之間擁有相同的過(guò)零點(diǎn)。將電阻和輸出端的電流信號(hào)串接起來(lái)即可轉(zhuǎn)換為采樣電壓信號(hào)。額定電流為 100A，電源電壓為 15V? ，輸出額定電流為 50mA。電路如圖 38所示。然后再將信號(hào)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。 榆林學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 100 pF+ 3 . 3 VR 3010 KR 22R 21R 24R 27R 25R 26R 28C 28C 2910 K10 K10 K10 K10 K10 K10 K10 K111111+++555622244433U 6 AU 1 AU 53+ 2 . 5 V100 pF馮露露 1105230205C 30AD 3D 4D 5R 23 圖 37 交流側(cè)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(hào)。取得電壓傳感器的電壓幅值范圍是 [5V， +5V]。 （ 3） 交流側(cè)電壓采樣電路 在交流側(cè)電壓采樣電路中，霍爾電壓傳感器的作用是測(cè)得交流側(cè)的電壓，本設(shè)計(jì)選用霍爾電壓傳感器型號(hào)為 HNV025A。通過(guò) R53 和 C38 濾波后，經(jīng)過(guò)一個(gè)限流電阻 R47 送入到電壓跟隨器中。如圖 36 所示。首先我們利用霍爾傳感器處理來(lái)獲得所需的電流信號(hào)，然后借助取樣電阻來(lái)將其轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò) 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(guò)兩個(gè)二極管接入到 AD0 引腳。其采樣檢測(cè)電路如圖 35所示。電容 C C2 起濾波作用。所以，當(dāng) AD0 輸入高電平時(shí)， ADAC0頁(yè)輸出高電平。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+。 78654321A D 6A D 7A D 5A D 4A D 3A D 2A D 1A D 0J P 178654321A D C B 6A D C B 7A D C B 5A D C B 4A D C B 3A D C B 2A D C B 1A D C B 0A D [ 0 . 7 ]J P 2A D C B [ 0 . 7 ]1 I N 1 O U T1 I N +G N DV C C2 O U T2 I N +2 I N 0 . 1 u F87564321U 1L M 3 5 8C 1C 2A D 0A D C A 0+ 5 VR 15 . 1 KR 21 0 K R 3R 4A D 10 . 1 u FA D C A 1+ 5 VC 30 . 1 u F1 0 K5 . 1 K馮 露 露 1 1 0 5 2 3 0 2 0 5 圖 34 A/D 轉(zhuǎn)換電路 在上圖中， AD0 和 AD1 為輸入， ADCA0 和 ADCA1 為輸出。 一般情況下，它是由電壓互感器、傳感器、霍爾元件等器件來(lái)將所收集的信號(hào)轉(zhuǎn)為弱電信號(hào)，并把該信號(hào)經(jīng)調(diào)理電路后接入 DSP。電容在電路中均起濾波的作用。其中引腳 4 和 10 分別接地使內(nèi)部的兩個(gè)電壓調(diào)整器使能。 1365321412111098714/ 1 RESET20181716151928252423222127261 GNDNCNCNC NCNCNC NCNCNCNCNCNCNC/ 2 RESET2 GND/ 1 EN/ 2 EN1 IN1 IN2 IN2 IN1 FB / NC1 OUT1 OUT2 OUT2 OUT2C 27 + C 71TPS 767 D 318U 20L 20L 21L 22INDUCTR 1INDUCTR 1INDUCTR 1+ 1 . 8 VD+ 3 . 3 VA+ 3 . 3 VDD 60D 61D 62D 63C 26C 28 R 91 KLEDC 69++C 7210 uF10 uFDIODE10 uFDIODE馮露露 1105230205+ 5 V 圖 33 輔助電源電路 榆林學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 在上圖中，我們?yōu)?TPS767D318 的引腳 1 12 分別提供 5V 的電壓。其中， 是內(nèi)部邏輯提供電壓， 是外部接口引腳電壓。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(jī)制。而且其元件集成庫(kù)中含有每個(gè)元件的原理圖符號(hào)、分裝模型等，為電路設(shè)計(jì)提供了極大的方便。 基于 DSP 的光伏并網(wǎng)逆變器硬件電路的設(shè)計(jì) 12 圖 32 F2812 的內(nèi)部資源框圖 DSP 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 在硬件電路設(shè)計(jì)中，其電路圖是由 Protel DXP 軟件來(lái)完成的。而且它還擁有足夠的 I/O 接口，因此應(yīng)用十分廣泛。 數(shù)字信號(hào)處理器 DSP簡(jiǎn)介 TMS320F2812 是由 TI 公司研制的 32 位 DSP 芯片。該芯片控制精度高、坑干擾性強(qiáng)、性能穩(wěn)定，在該領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛。 基于 DSP 的控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 在控制系統(tǒng)中，數(shù)字信號(hào)處理器是一種專(zhuān)用于數(shù)字信號(hào)處理的微處理器。 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(duì)較低，所以電池陣列可以直接采用多級(jí)串聯(lián)而獲得需要的逆變電 路側(cè)的母線(xiàn)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(xiàn)電壓將會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)，電池電源側(cè)輸出功率也也會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)。 基于 DSP 的光伏并網(wǎng)逆變器硬件電路的設(shè)計(jì) 10 榆林學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 第三章 基于 DSP 的并網(wǎng)逆變器硬件電路的設(shè)計(jì) 經(jīng)過(guò)第二章對(duì)逆變系統(tǒng)控制方法的分析，我們確定了本設(shè)計(jì)的控制方案，其整體結(jié)構(gòu)如圖 31 所示。然后對(duì)最大功率點(diǎn)控制方式作了簡(jiǎn)單的分析，經(jīng)過(guò)對(duì)擾動(dòng)觀(guān)察法、電導(dǎo)增量法、基于平均功率的變步長(zhǎng)法的分析后，我們決定采用電導(dǎo)增量法來(lái)跟蹤最大功率點(diǎn)。主動(dòng)式檢測(cè)技術(shù)通過(guò)有意的引入擾動(dòng)信號(hào)通過(guò)觀(guān)察電網(wǎng)是否受到影響來(lái)判斷電網(wǎng)是否發(fā)生故障。該技術(shù)分為被動(dòng)式和主動(dòng)式兩種，被動(dòng)式檢測(cè)技術(shù)通過(guò)檢測(cè)逆變器 交流輸出端的電壓、頻率、相角等參數(shù)來(lái)判斷孤島效應(yīng)是否發(fā)生。所以，為了消除由孤島現(xiàn)象引起的嚴(yán)重后果，我們應(yīng)該選擇一個(gè)合理的應(yīng)對(duì)方法。 ，由于電網(wǎng)和逆變器的電壓、電流不同相而對(duì)用電設(shè)備造成損壞。主要有以下幾種情況： ，會(huì)對(duì)電力公司線(xiàn)路維修與保障人員的安全造成 危害。 孤島效應(yīng)的影響和危害 孤島效應(yīng)是指當(dāng)電網(wǎng)因某種原因而停止供電時(shí)，部分電網(wǎng)沒(méi)有及時(shí)與電網(wǎng)隔離而形成一個(gè)失去控制的供電孤島 [5]。 孤島效應(yīng) 在光伏系統(tǒng)中，太陽(yáng)能在轉(zhuǎn)換為電能的過(guò)程中會(huì)發(fā)生各種各樣的故障，如器件驅(qū)動(dòng)信號(hào)欠壓、器件過(guò)流、電網(wǎng)過(guò)壓等，因此需要我們?cè)O(shè)置各種保護(hù)措施。由于存在對(duì)直流側(cè)的電流和電壓的電磁干擾和采樣誤差等問(wèn)題，導(dǎo)致對(duì)功率的大小造成誤判，可能會(huì)造成搜索方向錯(cuò)誤。 （ 3）基于平均功率的變歩長(zhǎng)算法 基于平均功率的變歩長(zhǎng)算法可以有效克服最大功率點(diǎn)附件產(chǎn)生的振蕩。 由最大功率點(diǎn)知： P U I?? （ 21) 兩邊求導(dǎo)得： 基于 DSP 的光伏并網(wǎng)逆變器硬件電路的設(shè)計(jì) 8 dP dIIUdU dU? ? ? （ 22） 所以有： dI IdU U?? （ 23） 電導(dǎo)增量法的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)外界條件變化時(shí)，能夠及時(shí)的跟蹤太陽(yáng)能電池最大功率點(diǎn)的變化，調(diào)整比較靈活。 （ 2）電導(dǎo)增量法 電導(dǎo)增量法是通過(guò)檢測(cè)太陽(yáng)能電池的等效導(dǎo)納增量來(lái)確定最大功率點(diǎn)。 圖 28 擾動(dòng)觀(guān)察法示意圖 該方法的優(yōu)點(diǎn)是控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)方便，輸出電壓調(diào)節(jié)靈活，太陽(yáng)能電池發(fā)電利用效率較高。通常太陽(yáng)池的最大功率點(diǎn)跟蹤的常用方法有：擾動(dòng)觀(guān)察法、電導(dǎo)增量法、基于平 均功率的變步長(zhǎng)算法。以此來(lái)提高系統(tǒng)的工作效率。所以在本設(shè)計(jì)中我們選擇 SPWM電流控制方式。其優(yōu)點(diǎn)是即使開(kāi)關(guān)頻率較低時(shí)逆變器輸出也能獲得較好的性能。 SVPWM 電流控制方式 SVPWM 是近期發(fā)展的一種新的控制方式，在該領(lǐng)域有著較為廣泛的應(yīng)用。 ，輸出的電流中含較多高次諧波。該比較控制方式具有以下特點(diǎn)： ，但濾波電路復(fù)雜。 圖 27 電流滯環(huán)瞬時(shí)比較方式 在上圖中， ci? 是滯環(huán)比較器的環(huán)寬， ci? 是給定電流， ci 是實(shí)際電流。 電流滯環(huán)瞬時(shí)比較方式 瞬時(shí)值電流滯環(huán)比較控制方式是一種經(jīng)常使用的電流跟蹤控 制方式，應(yīng)用十分廣泛。由于在該方式中的開(kāi)關(guān)頻率是一個(gè)定值，這給高頻濾波器的設(shè)計(jì)省去了很多不必要的環(huán)節(jié)。其結(jié)構(gòu)如圖 26所示 。較常用的電流控制方法有： SPWM正弦波脈寬調(diào)制電流跟蹤方式、 SVPWM 空間矢量脈寬調(diào)制、電流滯環(huán)瞬時(shí)比較方式等 [4]。 根據(jù)以上分析，我們選擇雙級(jí)式非隔離電壓型逆變器結(jié)構(gòu)作為本設(shè)計(jì)的主電路，前級(jí)升壓斬波電路采 用 Boost 升壓斬波電路，后級(jí)逆變器選擇單相全橋逆變電路，前后兩級(jí)電路由 DCLink 連接起來(lái)，從而來(lái)保持輸出交流和電網(wǎng)電壓的同頻同相。但由于該電路鎖相環(huán)節(jié)反映緩慢，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的精確控制。 根據(jù)逆變器的控制方式可將逆變器分為電壓控制型和電流控制型，如圖 25 所示 。但 Buck 變換器的缺點(diǎn)是它屬于降壓變換器，不能升高直流側(cè)的電壓，只有大幅值的提高光伏陣列的輸出電壓等級(jí)時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電，同時(shí)會(huì)帶來(lái)更復(fù)雜的問(wèn)題。 圖（ b）是多級(jí)非隔離型結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，它的功率變換功能是由 DC/DC 升壓斬波電路和 DC/AC 逆變器組成的多級(jí)變換器實(shí)現(xiàn)的。光伏陣列是以逆變器為樞紐接入電網(wǎng)，而逆變器的工作頻率始終是 50Hz。按其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可分為單級(jí)和多級(jí)式兩種結(jié)構(gòu)，如圖 24 所示。 P VA CD C高 頻 變 壓 器D CA CA CD CC電網(wǎng) 圖 23 高頻隔離型并網(wǎng)逆變器結(jié)構(gòu)圖 （ 2） 非隔離型并網(wǎng)逆變器 非隔離型并網(wǎng)逆變器的能量傳遞一般只有兩級(jí)，因此減少了變壓器在電磁轉(zhuǎn)換過(guò)程中的能量損失，可以有效提高光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)工作效率。其缺點(diǎn)是由于能量傳遞級(jí)數(shù)增多，導(dǎo)致能量損失較大。 P V電網(wǎng)A CD C工 頻 變 壓 器 圖 22 工頻隔離型并網(wǎng)逆變器結(jié)構(gòu) 基于 DSP 的光伏并網(wǎng)逆變器硬件電路的設(shè)計(jì) 4 高頻隔離型光伏并網(wǎng)逆變器是經(jīng)過(guò)兩次逆變成交流電的裝置。其