【正文】 P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(shí)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(shí)時(shí)采樣，再經(jīng)過適當(dāng)調(diào)理后送入DSP處理。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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)保護(hù)功能；（5）實(shí)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(jì)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。 單相電流型并網(wǎng)逆變器拓?fù)?單相并網(wǎng)逆變器的總體設(shè)計(jì)及功能劃分 系統(tǒng)主電路拓?fù)涓鶕?jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，本文采用單相電壓型逆變器結(jié)構(gòu)，逆變電路采用單相全橋結(jié)構(gòu)，逆變器輸出由電感濾波后并網(wǎng)。但它也有自己的優(yōu)勢，那就是不要求直流電壓必須高于網(wǎng)側(cè)電壓峰值，低于電網(wǎng)電壓也能工作，這省去了中間DC/DC升壓環(huán)節(jié)的開銷，且采用電感更加耐用，不經(jīng)常更換，可靠性會提高很多，所以科研人員對電流型并網(wǎng)逆變器也作了大量研究[13]。開關(guān)管由可控器件與二極管串聯(lián)構(gòu)成，一方面可以阻斷反向電流，同時(shí)有利于提高耐壓。本文重點(diǎn)研究單相電壓型并網(wǎng)逆變器，電壓型逆變器最大的特點(diǎn)是在直流輸入側(cè)并聯(lián)濾波電容以穩(wěn)定直流輸入電壓，輸入可看成恒壓源，通過控制開關(guān)管動作，在輸出端生成一列幅值固定、脈寬變化的方波電壓。另外，對逆變器的輸出也有要求，比如輸出電流與電網(wǎng)電壓同頻同相、功率因數(shù)為1等等。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對逆變器的各種性能指標(biāo)有很大影響，逆變器的效率和制造成本都與拓?fù)溆嘘P(guān)。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)電壓同頻同相的并網(wǎng)電流, 實(shí)現(xiàn)可再生能源以高功率因數(shù)回饋電網(wǎng)。多臺逆變器并聯(lián)實(shí)現(xiàn)擴(kuò)容可大大提高系統(tǒng)的靈活性，使系統(tǒng)的體積重量大為降低，同時(shí)其主開關(guān)器件的電流應(yīng)力也可減少，從根本上降低成本和提高功率密度及系統(tǒng)可靠性[19]。達(dá)到并網(wǎng)電壓、電流諧波標(biāo)準(zhǔn)的閉環(huán)控制技術(shù)[17]。2逆變器并網(wǎng)控制技術(shù)的研究研究人員認(rèn)為作為一個功能完整的并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)，其工作模式應(yīng)比通常的獨(dú)立逆變器更為復(fù)雜，它不僅可在無市電接入時(shí)獨(dú)立作為電壓源逆變，也能在并網(wǎng)時(shí)作為電流源工作[13]。因此各種拓?fù)淇梢苑謩e使用在不同的場合，并且這些拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以相互組合成各種不同的形式，以滿足各種要求。除此以外，逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中還包括單相、三相；隔離、非隔離；功率單向流動、雙向等各種形式 [11]。在理論和實(shí)踐上，這種方案能夠滿足新能源回饋電網(wǎng)的要求，但由于該方案使用了同步、鎖相（PLL）、SPWM脈沖發(fā)生器、低通濾波等諸多模擬環(huán)節(jié)，而且控制方法比較落后，因此使得并網(wǎng)逆變裝置的控制繁瑣，電路復(fù)雜，可靠性低，硬件成本高，并網(wǎng)效果不是十分理想，產(chǎn)品價(jià)格昂貴，應(yīng)用得到限制[9]。目前廣泛應(yīng)用于可再生能源回饋電網(wǎng)系統(tǒng)中的方案是：首先將可再生能源轉(zhuǎn)化成電能的形式，然后將電能調(diào)節(jié)成滿足正弦波脈寬調(diào)制SPWM（Sinusoidal Pulse Width Modulation）全橋逆變器需要的直流電壓，最后經(jīng)SPWM全橋逆變器將可再生能源回饋給交流電網(wǎng)。 國內(nèi)外發(fā)展情況伴隨著世界范圍內(nèi)開發(fā)利用新能源的熱潮，很多國家都紛紛研發(fā)了光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等可再生能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。由于我國的風(fēng)電并網(wǎng)采用“大規(guī)模—高集中—高電壓—遠(yuǎn)距離輸送”與歐洲的“分散上網(wǎng)、就地消納”并網(wǎng)方式不同，所以對于電能并網(wǎng)的穩(wěn)定性和應(yīng)急能力有極高的要求[6]。為了提高系統(tǒng)的功率、可靠性和效率，逆變器可以并聯(lián)運(yùn)行，這又不可避免的產(chǎn)生了環(huán)流，導(dǎo)致輸出電流畸變，同時(shí)使負(fù)載不平衡，從而損害整個系統(tǒng)的性能[5]。雙級式并網(wǎng)逆變器，由DC/DC升壓和DC/AC逆變兩級變換構(gòu)成，一般用于直流側(cè)電壓較低、單機(jī)容量較小的場合[4]。目前并網(wǎng)逆變器從組成結(jié)構(gòu)和單機(jī)容量來看，主要分為單級變換和雙級變換兩種。在這次仿真研究中，我主要就單相逆變器并網(wǎng)控制技術(shù)的工作原理學(xué)習(xí)了解，并設(shè)計(jì)一種基于DSP控制的單相逆變器。比如說，在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)因風(fēng)量不穩(wěn)定，故其輸出的是13～25V變化的交流電，須經(jīng)充電器整流，再對蓄電池充電，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能變成化學(xué)能。隨著風(fēng)電場的容量越來越大，對系統(tǒng)的影響也越來越明顯，研究風(fēng)電并網(wǎng)對系統(tǒng)的影響已成為重要課題[3]。到“十一五”末期，全國總裝機(jī)容量將達(dá)到500萬千瓦。我國的并網(wǎng)風(fēng)電在“十五”期間也得到迅速發(fā)展。畢業(yè)論文任務(wù)書專 業(yè)：電氣工程及其自動化論 文 題 目：基于MATLAB的單相逆變器并網(wǎng)控制技術(shù)仿真研究目 錄1 緒論……………………………………………………………………………………1 課題研究背景及意義………………………………………………………………1 國內(nèi)外發(fā)展情況 ………………………………………………………………… 2 本課題要解決的問題 …………………………………………………………… 32 單相并網(wǎng)逆變器的總體設(shè)計(jì) ……………………………………………………… 3 單相并網(wǎng)逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)…………………………………………………………3 單相并網(wǎng)逆變器的總體設(shè)計(jì)及功能劃分…………………………………………5 系統(tǒng)主電路拓?fù)洹? 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及各組成部分介紹………………………………………………6 單相并網(wǎng)逆變器的基本原理 …………………………………………………… 8 系統(tǒng)主電路參數(shù)設(shè)計(jì) …………………………………………………………… 83 并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ………………………………………………………10 TMS320F2808DSP及開發(fā)環(huán)境CCS介紹 …………………………………………10 并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) …………………………………………………11 輔助電源設(shè)計(jì) …………………………………………………………………11 電壓檢測電路的設(shè)計(jì)………………………………………………………… 12 電流檢測電路的設(shè)計(jì)………………………………………………………… 13 過零檢測電路設(shè)計(jì) ……………………………………………………………13 IGBT驅(qū)動電路設(shè)計(jì) ……………………………………………………………144 并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) ……………………………………………………14 軟件總體設(shè)計(jì) ……………………………………………………………………14 主程序設(shè)計(jì) ………………………………………………………………………15 定時(shí)器下溢中斷程序設(shè)計(jì) ………………………………………………………15 捕捉中斷程序設(shè)計(jì)……………………………………………………………… 17 故障保護(hù)中斷程序設(shè)計(jì)………………………………………………………… 185 并網(wǎng)逆變器控制策略的研究與實(shí)現(xiàn)……………………………………………… 20 SPWM技術(shù)簡介…………………………………………………………………… 20 逆變器并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的控制策略分析…………………………………………… 23 并網(wǎng)逆變器的輸出控制……………………………………………………… 23 并網(wǎng)電流控制策略研究……………………………………………………… 24 并網(wǎng)電流閉環(huán)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型…………………………………………… 26 PI控制器參數(shù)設(shè)計(jì)…………………………………………………………… 276 基于SPWM的并網(wǎng)系統(tǒng)MATLAB/Simulink仿真…………………………………… 29 MATLAB簡介……………………………………………………………………… 29 仿真模型的建立………………………………………………………………… 29 模型各部分參數(shù)設(shè)置…………………………………………………………… 30 仿真結(jié)果………………………………………………………………………… 32 仿真結(jié)果分析…………………………………………………………………… 347 結(jié)論………………………………………………………………………………… 34參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………… 36致謝…………………………………………………………………………………… 391 緒論 課題研究背景及意義在全球生態(tài)環(huán)境惡化和化石能源逐漸枯竭的雙重壓力下，對新能源的研究和利用已成為全球各國關(guān)注的焦點(diǎn)。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]。到2005年底，全國風(fēng)電裝機(jī)總?cè)萘繛?26萬千瓦，居世界第十位。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]。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(shí)如果不加控制和調(diào)節(jié)，就會對電網(wǎng)造成沖擊，同時(shí)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(shí)際應(yīng)用的電能過程中與變流技術(shù)是密不可分的。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。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(diǎn)之一。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)。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。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)。而逆變器則在其中擔(dān)任了及其重要的位置。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]。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]。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难芯磕壳把芯咳藛T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]。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(shí)，既可以向電網(wǎng)提供電能，同時(shí)也可以當(dāng)電網(wǎng)電能富足時(shí)，從公用電網(wǎng)吸收電能，并將其儲存起來。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(diǎn)[12]。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]。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(shí)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]。 本課題要解決的問題設(shè)計(jì)一種基于DSP控制的單相并網(wǎng)逆變器。2 單相并網(wǎng)逆變器的總體設(shè)計(jì) 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(diǎn)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(jì)要求的拓?fù)?，然后再展開相關(guān)研究。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在選擇并網(wǎng)逆變器的拓?fù)鋾r(shí)，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(shí)際運(yùn)行中存在的問題[11]。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]。 單相電壓型并網(wǎng)逆變器拓?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。在實(shí)際應(yīng)用中，較少采用電流型并網(wǎng)逆變器，這是因?yàn)榇蠖鄶?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(jià)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。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?單相并網(wǎng)逆變系統(tǒng)主電路拓?fù)鋱D 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及各組成部分介紹本文設(shè)計(jì)的并網(wǎng)逆變器功率為10kW，從圖中可以看出，并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)主要有以下幾個部分：輔助電源電路、主控單元、逆變驅(qū)動電路、信號采樣調(diào)理及故障檢測電路、濾波電路、通訊接口電路。直流母線 控制 保護(hù) 單相并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)組成框圖，現(xiàn)將系統(tǒng)各個模塊的具體功能分別作介紹：1. 輔助電源電路穩(wěn)定的電源是整個系統(tǒng)正常工作的前提條件，所以電源的設(shè)計(jì)通常是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的第一步。2. 主控單元主控制器部分的設(shè)計(jì)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的部分，主控單元的性能直接影響系統(tǒng)各項(xiàng)控制指標(biāo)，經(jīng)過對各種控制芯片的比較，最終選擇TI公司DSP（TMS320F2808）芯片。 主控單元模塊功能3. 逆變驅(qū)動電路逆變驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)直接影響開關(guān)管的通斷，驅(qū)動電路的作用主要有：（1）放大PWM驅(qū)動信號，驅(qū)動逆變橋正常工作；（2）將四路PWM驅(qū)動信號彼此隔離，沒有電氣聯(lián)系；（3）通過光耦將控制電路與主電路電氣隔離。當(dāng)系統(tǒng)故障時(shí)，要求逆變器能迅速作出反應(yīng)。采樣調(diào)理電路要保證采樣信號的準(zhǔn)確性，為系統(tǒng)正常工作提供各種參數(shù)，正確的參數(shù)是實(shí)現(xiàn)有效控制的前提。5. 濾波電路為保證逆變器輸入輸出信號都能滿足相關(guān)要求，本設(shè)計(jì)在交流輸出側(cè)串聯(lián)濾波電感，從而實(shí)現(xiàn)以下作用：（1）濾除開關(guān)管產(chǎn)生的