【正文】 式；數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)IQmath；（5）芯片內(nèi)部有3個(gè)32位定時(shí)器，時(shí)鐘和系統(tǒng)控制：支持動(dòng)態(tài)改變鎖相環(huán)的倍頻系數(shù)；看門狗定時(shí)模塊；（6）具有兩個(gè)事件管理器模塊（EVA、EVB），每個(gè)管理器模塊包括：兩個(gè)16位的通用定時(shí)器；8通道的PWM；不對(duì)稱、對(duì)稱或四個(gè)空間矢量PWM波形發(fā)生器；死區(qū)產(chǎn)生和配置單元；驅(qū)動(dòng)保護(hù)中斷（PDPINT）；三個(gè)完全比較單元；三個(gè)捕捉單元：正交脈沖編碼電路等；（7）擁有兩個(gè)SC1口和一個(gè)SP1口，增加了數(shù)據(jù)緩存功能，傳輸頻率可達(dá)MHZ數(shù)量級(jí)。（8）16個(gè)信道的12位A/D接口可靈活設(shè)置采樣方式，單通道最快轉(zhuǎn)換周期為200ns。（9）可使用多達(dá)56個(gè)可編程且可復(fù)用的I/O端口；（10）外設(shè)中斷擴(kuò)展模塊（PIE）：靈活的中斷響應(yīng)，支持45個(gè)外設(shè)中斷。這些適合電力電子控制的外設(shè)模塊及其運(yùn)行的高速性能，使得進(jìn)行完整的數(shù)字式光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案成為可能。 基于TMS320F2812DSP的控制系統(tǒng) 控制面板控制面板如：圖4—1所示以TI公司的TMS320F2812為核心，外圍輔以模擬信號(hào)調(diào)理電路、CPLD邏輯電路、數(shù)碼管及DA顯示、通信以及串行EEPROM，完成對(duì)電壓電流信號(hào)的采樣、PWM脈沖的產(chǎn)生、與上位機(jī)的通信和故障保護(hù)等功能。圖4—1 控制系統(tǒng)的硬件框圖 CPLD接口電路在本控制系統(tǒng)中，CPLD主要完成片選邏輯產(chǎn)生、故障保護(hù)邏輯發(fā)生和數(shù)字信號(hào)輸入、輸出等功能，采用VHDL語(yǔ)言開(kāi)發(fā)。故障保護(hù)邏輯的輸入信號(hào)包括：驅(qū)動(dòng)單元送來(lái)的IGBT短路信號(hào)，由控制板上硬件比較器產(chǎn)生的直流輸入電壓的過(guò)壓信號(hào)、直流輸出電壓的過(guò)壓信號(hào)及直流輸出電流的過(guò)流信號(hào)。這些故障保護(hù)輸入信號(hào)在CPLD內(nèi)部邏輯中相與，產(chǎn)生故障保護(hù)輸出信號(hào)，送到TMS320F2812的驅(qū)動(dòng)保護(hù)中斷端口PDPINTB，任何個(gè)故障保護(hù)輸入信號(hào)有效都會(huì)產(chǎn)生中斷，由驅(qū)動(dòng)保護(hù)中斷程序進(jìn)行響應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作。控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了XILINX公司的具有在系統(tǒng)可編程功能的復(fù)雜可編程邏輯器件（CPLD）。型號(hào)為XC95144XL，具有144個(gè)宏單元和81個(gè)可完全編程的I/O管腳。CPLD將許多邏輯及時(shí)序功能集于一身，大大簡(jiǎn)化了TMS320F2812的外圍電路設(shè)計(jì)，其ISP功能提高了設(shè)計(jì)的靈活性，擴(kuò)大了控制系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域。 驅(qū)動(dòng)電路控制芯片TMS320F2812發(fā)出的l路SPWM信號(hào)，經(jīng)IR2113驅(qū)動(dòng)全橋的IGBT。美國(guó)IR公司生產(chǎn)的IR2113驅(qū)動(dòng)器，它兼有光耦隔離（體積?。┖碗姶鸥綦x（速度快）的優(yōu)點(diǎn)，是中小功率變換裝置中驅(qū)動(dòng)器件的首選品種。表4—1 IR2113管腳 2. IR2113的特點(diǎn)：（1）具有獨(dú)立的低端和高端輸入通道；（2）懸浮電源采用自舉電路，其高端工作電壓可達(dá)500V；（3）輸出的電源端（腳3）的電壓范圍為10—20V；（4）邏輯電源的輸入范圍（腳9）5—15V，可方便的與TTL，CMOS電平相匹配，而且邏輯電源地和功率電源地之間允許有士5V的偏移量；（5）工作頻率高，可達(dá)500KHZ；（6）開(kāi)通，關(guān)斷延遲小，分別為120ns和94ns；（7）圖騰柱輸出峰值電流2A。IR2113內(nèi)部功能由三部分組成：邏輯輸入，電平平移，輸出保護(hù)。如上所述IR2113的特點(diǎn)，可以為裝置的設(shè)計(jì)帶來(lái)許多方便。IR2113驅(qū)動(dòng)半橋的電路如：圖4—2所示，其中C36，D3分別為自舉電容和自舉二極管，C37為VCC的濾波電容。 圖4—2 IR2113驅(qū)動(dòng)電路 Boost電路開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電路控制芯片TMS320F2812發(fā)出的1路PWM信號(hào)，使用IR4426驅(qū)動(dòng)Boost電路的MOSFET開(kāi)關(guān)管。如下圖：圖4—3 IR4426驅(qū)動(dòng)電路逆變器控制電路的主控芯片是TMS320F2812，該芯片具有處理性能更快、外設(shè)集成度更高、程序存儲(chǔ)器更大、數(shù)模轉(zhuǎn)換速度更快等特點(diǎn)。該芯片的采用可以更好的滿足對(duì)IGBT單相全橋逆變器進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的要求。主功率電路中最大流11A的電流，需要檢測(cè)PV側(cè)的電流和負(fù)載電流，該方案中選用的是電流傳感器：LTS25——NP。采用電流互感K=1/1000的接線方式，原邊額定電流25A，副邊額定輸出電流25mA。在DSP板上使用200Ω的采樣電阻，因此最終電流電壓比為5A/V。經(jīng)過(guò)濾波整形，得到系統(tǒng)控制所需要的電流平均值和瞬時(shí)值。5 系統(tǒng)硬件資源分配ADCO：采集逆變器輸出電流； ADC1：采集Boost輸入直流電流； ADC2：采集逆變電壓，用來(lái)判斷是否能向負(fù)載供電正常； ADC6：采集直流側(cè)輸入電壓，即光伏電池的輸入電壓； ADC7：采集中間直流側(cè)電壓 PWM的輸出采用EVB的比較單元5產(chǎn)生的2對(duì)互補(bǔ)的PWM信號(hào)：PWMPWM8和PWMPWM10分別控制單相全橋逆變器兩個(gè)橋臂的功率開(kāi)關(guān)，即分別控制功率開(kāi)關(guān)管TTTT4。采用EVA的完全比較單元1產(chǎn)生的PWM信號(hào)PWM1控制Boost電路的開(kāi)關(guān)管。 PDPINT引腳PDPINT引腳用作快速保護(hù)，其反應(yīng)時(shí)間為10us以內(nèi)，可以很好的實(shí)現(xiàn)快速過(guò)流、過(guò)溫和故障保護(hù)。下表所示為系統(tǒng)I/O端口的部分資源分配，主要包括過(guò)壓過(guò)流保護(hù)指示燈顯示和啟動(dòng)開(kāi)關(guān)等。表5—1 F2812的系統(tǒng)I/O端口的分配資源標(biāo)號(hào)功能說(shuō)明備注GPIOB12DISPLAY0LED4閃：過(guò)流指示GPIOBXX=0，燈亮設(shè)置為輸出口；用于單純的顯示。GPIOB13DISPLAY1LED5閃:過(guò)壓指示GPIOB14DISPLAY2LED6亮：硬件保護(hù)GPIOB15DISPLAY3LED7亮：工作指示GPIOA12MODE0撥碼開(kāi)關(guān)4：?jiǎn)?dòng)開(kāi)關(guān)設(shè)置為輸入口，撥碼開(kāi)關(guān)相應(yīng)位ON，輸入為0GPIOA13MODE1撥碼開(kāi)關(guān)3GPIOA14MODE2撥碼開(kāi)關(guān)2：記錄數(shù)據(jù) GPIOA15MODE3撥碼開(kāi)關(guān)1：清除過(guò)壓、過(guò)流信號(hào)6 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)：（1）對(duì)主電路輸入/輸出電壓、電流等信號(hào)量進(jìn)行檢測(cè)和處理。（2）Boost電路的MPPT控制。（3）生成固定頻率的三角載波并與調(diào)制波比較從而產(chǎn)生相應(yīng)的PWM信號(hào)全橋逆變器的SPWM控制，使輸出電流和負(fù)載同頻。（4）對(duì)光伏逆變器系統(tǒng)進(jìn)行故障檢測(cè)和處理。程序采用模塊化設(shè)計(jì)，在流程上比較簡(jiǎn)潔，主要由以下幾部分構(gòu)成： （1）主程序:完成系統(tǒng)的初始化，各部分的配置以及在主循環(huán)中進(jìn)行系統(tǒng)工作狀態(tài)檢測(cè)。 （2）定時(shí)器TO中斷處理程序：這是系統(tǒng)軟件的核心，用于產(chǎn)生控制開(kāi)關(guān)器件的固定頻率的PWM波。（3）同步處理程序：主要用于對(duì)正弦弦表指針的復(fù)位從而達(dá)到校正電流相位的功能。（4）A/D采樣處理子程序：對(duì)輸入電壓、輸出電壓、輸出電流等信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)字濾波。（5）電流環(huán)處理子程序：完成電流環(huán)的信號(hào)采集與實(shí)時(shí)運(yùn)算。（6）電壓環(huán)處理子程序：完成電壓環(huán)的信號(hào)采集與PI調(diào)節(jié)的運(yùn)算處理。（7）故障檢測(cè)及處理子程序:進(jìn)行故障檢測(cè)，發(fā)生故障后系統(tǒng)的保護(hù)、恢復(fù)、重試等功能該系統(tǒng)總的流程框圖如下： 圖6—1 逆變器控制軟件框圖 系統(tǒng)主程序流程圖系統(tǒng)上電后，從主程序開(kāi)始執(zhí)行：首先關(guān)閉中斷位，屏蔽所有中斷，然后初始化CPU，設(shè)置時(shí)鐘頻率，初始化中斷向量，然后初始化各種外設(shè)：包括事件管理器（EVA、EVB）、ADC模塊、串行外設(shè)接口（SP1）模塊，以及對(duì)I/O端口進(jìn)行初始化設(shè)置。完成初始化設(shè)置之后，DSP的各個(gè)模塊開(kāi)始正常工作。使能CPU定時(shí)器周期中斷，打開(kāi)中斷屏蔽位，接下來(lái)進(jìn)入系統(tǒng)主循環(huán)程序。在主循環(huán)程序運(yùn)行中，如果CPU定時(shí)器周期到，會(huì)暫停當(dāng)前主循環(huán)運(yùn)行的程序，響應(yīng)CPU定時(shí)器中斷子程序，在運(yùn)行完定時(shí)器中斷子程序后，再回到主循環(huán)繼續(xù)運(yùn)行下面的程序。主程序流程圖如下圖： 圖6—2 主程序流程圖 定時(shí)器中斷子程序CPU定時(shí)器中斷處理程序每100us運(yùn)行一次，是控制軟件的核心部分。它是一個(gè)20級(jí)分時(shí)中斷，主要完成采集的光伏電池輸入電壓、電流，中間直流側(cè)電壓，負(fù)載電壓、電流信號(hào)的AD轉(zhuǎn)換和濾波處理；輸出電流環(huán)PI調(diào)節(jié)、輸出電壓環(huán)PI調(diào)節(jié)；Boost電路的MPPT控制，以及PWM控制信號(hào)的產(chǎn)生。逆變器的SPWM控制信號(hào)的產(chǎn)生。以及系統(tǒng)故障檢測(cè)和處理；控制運(yùn)行程序。CPU定時(shí)器中斷處理程序流程圖如下圖：圖6—3 定時(shí)器中斷程序流程圖 PI環(huán)控制子程序流程圖以電壓PI調(diào)節(jié)為例，給出增量式PI控制算法的流程圖。如下圖：圖6—4 增量式PI調(diào)節(jié)控制流程圖 SPWM脈沖發(fā)生子程序流程圖本程序利用事件管理器EVB的兩個(gè)完全比較單元CMPR4和CMPR5產(chǎn)生4路PWM信號(hào)，其中每個(gè)完全比較單元輸出一對(duì)互補(bǔ)的PWM脈沖，時(shí)基由通用定時(shí)器GP3提供，計(jì)數(shù)器的工作方式設(shè)置為連續(xù)增減方式。由于實(shí)際的功率器件有一定的關(guān)斷時(shí)間，當(dāng)同一橋臂的上管關(guān)斷時(shí)，下管并不能馬上開(kāi)通，否則將會(huì)出現(xiàn)直通現(xiàn)象，即兩個(gè)管子同時(shí)導(dǎo)通而產(chǎn)生短路，導(dǎo)致器件的損壞。因此利用全比較單元中具有可編程的死區(qū)控制器，它能夠在同一橋臂的開(kāi)通與關(guān)斷時(shí)間插入一個(gè)死區(qū)時(shí)間，從而防止直通現(xiàn)象的發(fā)生。死區(qū)時(shí)間由控制器DBTCONA來(lái)控制，可產(chǎn)生最小一個(gè)CPU周期的死區(qū)時(shí)間，程序流程圖如下圖所示：圖6—5 PWM發(fā)生子程序流程圖7 最大功率點(diǎn)跟蹤控制MPPT 最大功率點(diǎn)跟蹤，是當(dāng)前采用較為廣泛的一種光伏陣列功率點(diǎn)控制方式。從對(duì)光伏電池的分析，光伏陣列輸出特性具有非線性特征，并且輸出受到環(huán)境溫度、光照強(qiáng)度的影響。在一定的外部條件下，允許電池可以工作在不同的輸出電壓，但只有在某一電壓值下，輸出功率才能達(dá)到最大值，這時(shí)光伏電池的工作點(diǎn)稱之為最大功率點(diǎn)。為了充分發(fā)揮光伏電池的效能，提高系統(tǒng)的整體效率，對(duì)光伏電池的輸出進(jìn)行最大功率點(diǎn)的跟蹤就十分的必要。大功率點(diǎn)跟蹤控制（MPPT）是實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)太陽(yáng)能發(fā)電陣列的輸出功率，采用一定的控制算法預(yù)測(cè)當(dāng)前工作狀態(tài)下太陽(yáng)能發(fā)電陣列可能的最大功率輸出，通過(guò)改變當(dāng)前的阻抗來(lái)滿足最大功率輸出的要求，使其光伏系統(tǒng)可以運(yùn)行于最佳工作狀態(tài)。大功率點(diǎn)跟蹤控制（MPPT）的實(shí)現(xiàn)是一個(gè)動(dòng)態(tài)自尋優(yōu)過(guò)程，通過(guò)率，與已被存儲(chǔ)的前一時(shí)刻功率進(jìn)行比較，舍小存大、再檢測(cè)、再比較對(duì)光伏陣列當(dāng)前的輸出電壓和電流的檢測(cè)，得到當(dāng)前陣列的輸出功，如此的周而復(fù)始。大功率點(diǎn)跟蹤控制（MPPT）控制算法主要有：定電壓跟蹤法、擾動(dòng)觀察法、功率反饋法、增量電導(dǎo)法、模糊邏輯控制法、滯環(huán)比較法、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制法及最優(yōu)梯度法等。它們實(shí)現(xiàn)MPPT控制的基本原理都是類似的，但各自算法各有差異。（1）定電壓跟蹤法（CAT） 該方法是對(duì)最大功率點(diǎn)曲線近似，求得一個(gè)中心電壓，并通過(guò)控制使光伏整列的輸出電壓一直保持該電壓值，從而使光伏系統(tǒng)的輸出功率達(dá)到或接近最大功率輸出值。 這種方法具有使用方便、控制簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)、可靠性高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，而且輸出電壓恒定，對(duì)整個(gè)電源系統(tǒng)是有利的。但是這種方法控制精度較差，忽略了溫度對(duì)光伏陣列開(kāi)路電壓的影響，而使環(huán)境溫度對(duì)光伏電池輸出電壓的影響往往是不可忽略的。（2）擾動(dòng)觀察法 根據(jù)光伏陣列工作時(shí)不斷地檢測(cè)電壓擾動(dòng)量，即實(shí)際上，這是一個(gè)尋優(yōu)搜索過(guò)程，在尋優(yōu)過(guò)程中不斷地更新參考電壓，使其逼近光伏陣列所對(duì)應(yīng)的最大功率點(diǎn)的電壓值。該方法的優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)模塊化控制，跟蹤方法簡(jiǎn)單，在系統(tǒng)中容易實(shí)現(xiàn)。但其缺點(diǎn)是這種方法只能使光伏輸出電壓在最大功率點(diǎn)附近震蕩運(yùn)行，而導(dǎo)致部分功率損失，并且初始值及跟蹤步長(zhǎng)的給定對(duì)于跟蹤精度和速度有較大影響。（3）增量電導(dǎo)法 增量電導(dǎo)法就是通過(guò)比較光伏陣列的電導(dǎo)增量和瞬間電導(dǎo)來(lái)改變控制信號(hào)，這種方法也需要對(duì)光伏陣列的電壓和電流進(jìn)行采樣。由于該方法控制精度高，響應(yīng)速度快，因而適用于大氣候條件變化較快的場(chǎng)合。但對(duì)傳感器的精度要求比較的高，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的硬件造價(jià)比較高。（4）模糊邏輯控制法 模糊邏輯控制法布需要建立控制對(duì)象精確的數(shù)學(xué)模型，是一種比較簡(jiǎn)單的智能控制方法，使用模糊邏輯的方法進(jìn)行MPPT控制，通常要確定以下幾個(gè)方面：一、確定模糊控制器的輸入變量和輸出變量；二、擬定適合本系統(tǒng)的模糊邏輯控制規(guī)則；三、確定模糊化合逆模糊化的方法；四、選擇合理的論域并確定有關(guān)的參數(shù)。（5）最優(yōu)梯度法 最優(yōu)梯度法是一種以梯度算法為基礎(chǔ)的多維無(wú)約束最優(yōu)化問(wèn)題的數(shù)值計(jì)算方法。其基本的思想是選取目標(biāo)函數(shù)的負(fù)梯度方向作為每步迭代的跟蹤方向，逐步逼近函數(shù)的最小值和最大值，具有運(yùn)算簡(jiǎn)單，魯棒性好的特點(diǎn)。8 太陽(yáng)光跟蹤系統(tǒng)由于地球的自轉(zhuǎn)使太陽(yáng)光射入光伏陣列的角度時(shí)刻在變化，使得光伏陣列吸收太陽(yáng)輻射受到很大的影響，進(jìn)而影響到光伏陣列的發(fā)電能力。光伏陣列的安裝放置形式有固定安裝式和自動(dòng)跟蹤式兩種，光伏陣列的安裝有兩個(gè)角度參量，即光伏陣列安裝的傾角和光伏陣列安裝的方位角。其中光伏陣列安裝的傾角是指光伏陣列組件一面與水平地面的夾角；光伏陣列安裝的方位角是指光伏陣列組件的垂直面與正南方向的夾角。一般地，在北半球，光伏陣列組件朝向正南（即光伏陣列組件的垂直與正南的夾角為0?）時(shí)，光伏陣列的發(fā)電量最大。太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)有手動(dòng)跟蹤和自動(dòng)跟蹤兩種形式。手動(dòng)跟蹤常用于平板式光伏陣列，工作人員每隔12小時(shí)移動(dòng)光伏陣列板一次，使其與最佳角度相差小于10%以內(nèi)。自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)包括太陽(yáng)光照度傳感器、電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)及控制電路等部分。由于跟蹤裝置比較復(fù)雜，初始值比較復(fù)雜，初始成本和維護(hù)成本比較高，安裝跟蹤裝置獲得額外的太陽(yáng)能輻射產(chǎn)生的效益短期內(nèi)無(wú)法抵消安裝該系統(tǒng)的所需要的成本，因而目前的太陽(yáng)能光伏陣列發(fā)電系統(tǒng)中較少使用太陽(yáng)光自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)。其控制系統(tǒng)框圖如下：圖8 太陽(yáng)跟蹤控制系統(tǒng)框圖結(jié) 論光伏發(fā)電時(shí)一個(gè)新型的產(chǎn)業(yè)，它是我們當(dāng)今科技發(fā)展的潮流。光伏發(fā)電系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)無(wú)源逆變系統(tǒng)，但它和普通的逆變器又有很大的區(qū)別。本文對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)中的單相逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、控制策略、最大功率點(diǎn)跟蹤等問(wèn)題進(jìn)行了理論分析。器采用兩