【正文】 () () 8 閉環(huán)傳遞函數(shù)為： 22221 1)(1 )()( sTsTsG sGsG P W MP W MC ????? （ ） 該電流跟蹤控 制環(huán)節(jié)的設(shè)計核心基于傳統(tǒng)的 PI控制技術(shù)，屬于經(jīng)典控制理論的范疇。 基于 SPWM 的電壓 /電流型并網(wǎng)逆變器的控制方法 本文所研究的光伏并網(wǎng)逆變器，受控量為輸出電流，系統(tǒng)為電壓型電流源逆變器。另外，開關(guān)頻率固定，可以使輸出側(cè)的濾波電感容易設(shè)計，減少功率器件的開關(guān)損耗。即逆變 器的輸出電壓、電流的有效值（ RMS）組成控制外環(huán)，輸出波形構(gòu)成逆變器的內(nèi)環(huán)，雙閉環(huán)的控制結(jié)構(gòu)同時保證了輸出電壓、電流的幅值與波形滿足設(shè)計要求，并且具有帶負載能力強，動態(tài)響應(yīng)速度快的優(yōu)點。 9 圖 25 逆變器控制結(jié)構(gòu)圖 其控制過程是：輸出電壓 /電流經(jīng)過采樣后，經(jīng)預(yù)測控制算法后作為有效值計算同時與給定參考信號的有效值進行比較，得到的誤差信號經(jīng)外環(huán) PI 調(diào)節(jié)器處理后的輸出作為內(nèi)環(huán)參考正弦波的幅值，這個幅值乘 以與電網(wǎng)電壓同頻同相的單位正弦波后作為內(nèi)環(huán)給定信號；內(nèi)環(huán)給定信號與輸出電流瞬時值進行比較，得到的誤差信號經(jīng)內(nèi)環(huán) PI 調(diào)節(jié)器運算處理后，得到內(nèi)環(huán)的控制信號；最后這個控制信號被送入 PWM 發(fā)生器，與三角載波調(diào)制比較后產(chǎn)生的 PWM 信號，經(jīng)驅(qū)動電路隔離、放大后，再驅(qū)動功率開關(guān)器件 T1T4，最后經(jīng)濾波電感 L，饋入與電網(wǎng)電壓同頻、同相的正弦波電流 iL。 為了實現(xiàn)電網(wǎng)電壓的精確對消，其前饋通道增益應(yīng)該為逆變橋增益的倒數(shù)，若逆變橋的增益為 KPWM，則電網(wǎng)電壓前饋通道增益值應(yīng)該為 1/KPWM。 在軟件控制過 程中采用預(yù)測控制方法 [19]，對于克服由于電網(wǎng)電壓的諧波、毛刺以及其他干擾因素等所帶來的系統(tǒng)不穩(wěn)定，具有明顯的實際效果。具體的預(yù)測方法如下： 圖 26 預(yù)測公式計算示意圖 預(yù)測公式的計算如圖 26 所示，其中， xi 相當于采樣時間， xixi1=T； wi 對應(yīng)于每個xi時刻的 A/D采樣值， x4為當前 A/D 采樣值， wm為預(yù)測值， xmx4=T/2。取Δ t=T/2，則 )(163)(1613)(6148116316134879)21()(123414412344wwtxfxfw mm?????????????? () 其中 x2x1=x3x2=x4x3=T 。 SPWM 信號的產(chǎn)生原理 SPWM 就是在對一個正弦波進行脈寬調(diào)制時，使脈沖系列的占空比按正弦規(guī)律來排列。反之，當正弦值較小時，脈沖的寬度也較小，而脈沖間的間隔則較大，如圖 27所示。 12 軟件鎖相環(huán)的基本原理 軟件鎖相環(huán)路的基本組成如圖 29所示，輸入信號必須是一個經(jīng)過整形的 TTL 電平信號，鑒相程序可以識別出計數(shù)器輸出的取樣信號相位與輸入信號相位之間的相位差；環(huán)路濾波軟件控制著環(huán)路相位校正的速度與精度； PCC 為可編程控制計數(shù)器，也可將其稱為本地受控定時器，其計數(shù)周期受環(huán)路濾波軟件的控制。 圖 29 軟件鎖相環(huán) SPLL 的一般組成 基于光伏并網(wǎng)控制的軟件鎖相環(huán)的工作原理 光伏并網(wǎng)控制系統(tǒng)中的鎖相控制環(huán)節(jié)由硬件和軟件兩部分綜合完成，電網(wǎng)電壓采樣后通過硬件電路整形成與其同步的 TTL 方波信號，此信號送入 DSP 的 CAP1 口捕捉其上升沿，同時 DSP 內(nèi)部為 CAP1 口分配一個計數(shù)器，將該計數(shù)器設(shè)置為遞增計數(shù)模式，在捕捉中斷到來時開始復(fù)位重新計數(shù)。上升沿到來時引發(fā)中斷程序，讀取捕捉中斷計數(shù)時基的計數(shù)值，記為 Tin；讀取周期寄存器當前計數(shù)值，記為 Tref，則 Tref和 Tin分別為鎖相環(huán)的參考輸入和反饋輸入。鎖相算法有多種實現(xiàn)方案。在并網(wǎng)軟件鎖相系統(tǒng)中，根據(jù) F2407 的 EV 模塊產(chǎn)生 SPWM 波的原理可知，周期寄存器 T1PR 的值等于輸出 SPWM 波的載波周期， T1PR 的值與載波比的乘積的 2 倍即為并網(wǎng)電流的基波周期。若 CPU 時鐘頻率為 20MHz，則相應(yīng) T1PR 的單位增量，對應(yīng)的輸出周期值的增量為 15us，可見 DSP 的時鐘頻率是影響 SPLL 速率的一個因素。 并網(wǎng)控制中的鎖相算法分析 與模擬鎖相環(huán)相比，軟件鎖相環(huán)的實現(xiàn)要簡單得多。用示意圖表示如圖 211所示 : 圖 211 并網(wǎng)控制中軟件鎖相環(huán)的實質(zhì) 因為在調(diào)節(jié)過程中頻率不能變化太大，需要對鎖相算法結(jié)果進行限幅，使輸出電流周期在 Tmax－ Tmin。同時，限幅環(huán)節(jié)保證了輸出頻率在 50Hz 左右，可起到了防止鎖相環(huán)失鎖的功能。該算法的實質(zhì)就是通過反復(fù)調(diào)整 TPR，且每次調(diào)整量為 1個計數(shù)長度，來使 Tin 漸次逼近Tref，它實際上是一個以軟件實現(xiàn)的簡單比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)。舉例說，調(diào)整并網(wǎng)電流從 50Hz 變化為 51Hz，需要的調(diào)整時間為 52 個中斷周期，但其優(yōu)點是超調(diào)量為零。圖 (a)(b)分別表示輸入和 輸出信號，圖 (c)表示調(diào)節(jié)增量。 圖 212 最優(yōu)時間 PLL 算法示意圖 這種鎖相調(diào)節(jié)器對輸入信號的跟蹤僅需 2 個中斷周期，但實驗及仿真結(jié)果表明，其超調(diào)量達到了幾乎 100%，這將導(dǎo)致并網(wǎng)逆變器輸出波形的劇烈震蕩，可能會導(dǎo)致嚴重后果，因此實際并網(wǎng)系統(tǒng)中不宜采用。 上面提出的算法 (1)屬于具有最小超調(diào)量，但鎖相速度最慢的情況，算法 (2)具有最快響應(yīng)時間，但幾乎達到 100%的超調(diào)量。 本章 小結(jié) 本章分析光伏并網(wǎng)逆變器的控制目標，并介紹了常用的并網(wǎng)逆變控制方法。本章同時介紹了數(shù)字鎖相環(huán)在光伏并 網(wǎng)逆變器中的應(yīng)用，并分析了并網(wǎng)控制中的鎖相算法。主程序還應(yīng)當包括系統(tǒng)初始化、啟停機判斷、提供監(jiān)控及等待中斷，系統(tǒng)的初始化是指特殊功能寄存器和通用寄存器初始化以及各事件管理模塊的初始化等 。 圖 31 主程序流程圖 //系統(tǒng)初始化子程序 void initial() 16 { SINT。 //累加器結(jié)果正常溢出 CINT。 //系統(tǒng)控制和狀態(tài)寄存器 1， 4 倍頻 ,最高頻率 40M *WDCR=0X0E8。 *IFR=0X0FFFF。 //中斷屏蔽寄存器，允許 INT1 中斷 WSGR=0x00。 //禁止總中斷 initial()。 //PWM 初始化 ADINIT()。 //開總中斷 *T1CON=*T1CON|0x0040。 //啟動 AD 轉(zhuǎn)換 while(1) { while(p1p0) { D0=D010。 } while(p1p0) { D0=D0+10。 } while(p1=p0) { D0=D0。 } } } 系統(tǒng)在復(fù)位進行 C語言環(huán)境配置，配置結(jié)束后進入由 C 語言編寫的主程序，主程序首先進行系統(tǒng)的配置和初始化，主要包括 CPU 時鐘內(nèi)部采用 4 倍頻（即 40MHz）、各種外設(shè)的使能、中斷配置等，其中程序和數(shù)據(jù)塊存儲區(qū)的定位在 Command 文件中完成。 定時器中斷子程序 中斷服務(wù)程序適用于處理實時性要求較高的功能，如反饋電流的測取、同步電壓的發(fā)生、各種實時運算、 SPWM 模式發(fā)生及脈沖輸出等。 系統(tǒng)的 SPWM 波是通過 DSP 的脈寬調(diào)制電路產(chǎn)生的，借助于 DSP 的 T1 定時器和比較單元 CMPR1 來完成，根據(jù)產(chǎn)生對稱波形的原理， T1 工作在連續(xù)增 /減計數(shù)模式 。 在中斷服務(wù)程序中進行 A/D結(jié)果的讀取，對結(jié)果進行線性校正、數(shù)字濾波、有效值的計算等操作，并實時更新比較單元的值。 //AD 初始化子 程序 void ADINIT() { *T2CNT=0X0000。 //T2 為連續(xù)增計數(shù)模式， 128分頻，用內(nèi)部時鐘 ,320K *T2PR=64。 //全局通用定時器控制寄存器 A //T2 周期中斷標志觸發(fā) AD 轉(zhuǎn)換 *EVAIFRA=0X0FFFF。 //ADC 控制寄存器 1 //采樣時間窗口預(yù)定標位 ACQPS3ACQPS0 為 0 //轉(zhuǎn)換時間預(yù)定標位 CPS為 0， AD為啟動 /停止模式 //排序器為級連工作方式，且禁止特殊的兩種工作模式 *ADCTRL2=0X8404。 //最大轉(zhuǎn)換通道寄存器， 2 通道 *CHSELSEQ1=0x10。 //I/O 口復(fù)用控制寄存器 PWM12， 2 路 *ACTRA=0X0006。 //定時器 1連續(xù)增模式， 1 分頻，頻率 40M *DBTCONA=0X0F28。 //PWM1， 2 *T1PR=2021。 //比較控制寄存器，使能比較操作 *EVAIFRA=*EVBIFRA|0X0001。 //允許定時器 2的周期中斷 T2CONT } 具體的程序流程如圖 32所示 : 19 圖 32 SPWM 產(chǎn)生中斷服務(wù)程序 軟件鎖相環(huán)的設(shè)計 市電電壓信號經(jīng)頻率檢測，確定市電頻率是否滿足精度要求。因此，可根據(jù)兩次捕獲中斷的時間間隔來排除毛刺信號產(chǎn)生的捕獲中斷。 因此 在進行調(diào)頻和調(diào)相之前首先應(yīng)根據(jù)合適的跟蹤速度來確定跟蹤的具體方案，大體上可以把調(diào)頻和調(diào)相的方法分為兩種，一種是調(diào)頻和調(diào)相一起實現(xiàn)，調(diào)頻的同時就實現(xiàn)了調(diào)相，這種方法通常跟蹤速度較快，輸出波形頻率變化波動較大，而且需要根據(jù)具體的輸入頻率情況進行實時計算；另一種方法是調(diào)頻和調(diào)相分開進行，首先實現(xiàn)輸出和輸入的頻率一致同時也有一定程度的調(diào)相，然后再考慮調(diào)相，最終實現(xiàn)頻率和相位的一致。 20 本文采用后一種方法，大體思想是當檢測到輸入頻率高于（低于）正常規(guī)定范圍時，按照一定步長逐漸增大（減?。?PWM 周期計時器值，直到輸出頻率在允許范圍內(nèi)。這種實現(xiàn)方法簡單、直觀、實現(xiàn)方便、穩(wěn)態(tài)誤差較小且可以控制。 圖 33 SPLL 程序流程圖 從圖 33中看到，第一步首先判斷頻率是否超限，如果超限則輸出穩(wěn)定的正弦波。當頻率滿足要求以后，第三步就可以進行調(diào)相，如前所述在本文軟件設(shè)計中，基準是一個正弦表格，因此 21 調(diào)相只需要改變讀表指針即可（本文中 P 為基準指針變量）。 其中第二步頻率調(diào)節(jié)的基本思想是：電網(wǎng)電壓的頻率變化范圍一般在 48Hz52Hz 之間，事先可以設(shè)定并網(wǎng)電流的頻率為 50Hz。 該控制過程是依賴兩個中斷完成的其一是載波周期定時器中斷，另一是捕獲中斷。 （ 2）捕獲中斷僅響應(yīng)上升沿觸發(fā)，即只在電網(wǎng)電壓由負變正的過零點產(chǎn)生中斷。 調(diào)頻子程序的動作流程如圖 417所示。 圖 35 調(diào)頻子程序流程圖 控制系統(tǒng)軟件抗干擾措施 在控制系統(tǒng)軟件設(shè)計中也采取了抗干擾措施，軟件 抗干擾措施包括： ①在程序開始運行初期，對所有的輸入 /輸出端口進行初始化設(shè)置，避免其處于不確定或錯誤狀態(tài)。 23 ③對 數(shù)字量輸入信號采用軟件消抖措施，防止由于輸入信號尖峰、毛刺的影響產(chǎn)生誤動作。 本章小結(jié) 本章詳細介紹了基于 DSP的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的軟件設(shè)計 ， 主要介 紹了軟件設(shè)計 的 思想 ，并畫出了 主要子程序的設(shè)計流程 圖。 24 第四章 總結(jié) 與展望 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)實際上是一個有源逆變系統(tǒng)。 選用 TI 公司的 TMS32OLF2407 作為主控芯片 ，使系統(tǒng)具有很好的動態(tài)響應(yīng)，提高了并網(wǎng)效率。 針對光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢，為了將系統(tǒng)應(yīng)用于實際，還需要對以下各方面做進一步的研究和探 索： (1)還沒有實現(xiàn)對最大功率跟蹤點的軟件調(diào)試。 (3)針對光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)散性對統(tǒng)一管理帶來的困難，有必要開發(fā)統(tǒng)一的管理和遠程通訊軟件，對光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的運行狀況或故障情況進行實時有效的監(jiān)測和控制。 25 致 謝 在 XX 第一學(xué)府所特有的濃厚學(xué)術(shù)氛圍中，我終于完成了本科階段的學(xué)業(yè)，并按時完成我的畢業(yè)設(shè)計論文。從他的身上，我深深地感受到作為一名真正的科技工作者所應(yīng)具備的崇高道德品質(zhì)、嚴謹求實的學(xué)術(shù)作風(fēng)、勤勉的工作態(tài)度和無私的獻身精神。 在 本 設(shè)計 的進行過程中， 我 還得到了許多同學(xué)的幫助和 支持。每天的朝夕相處，我們之間的友誼和關(guān)愛是我人生路上最為寶貴的財富。焉得諼草，言樹之背，養(yǎng)育之恩，無以回報。 26 參考文獻 [1] 中關(guān)村國際環(huán)保產(chǎn)業(yè)促進中心編著 . 誰能驅(qū)動中國 世