基于dsp鎖相技術(shù)的光伏并網(wǎng)逆變器控制

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1、中山大學研究生學刊(自然科學、醫(yī)學版)第28卷第3期JOURNALOFTHEGRADUATESVOL128№32007SUNYAT2SENUNIVERSITY(NATURALSCIENCES、MEDICINE)20073基于DSP鎖相技術(shù)的光伏并網(wǎng)逆變器控制1)2)3)陳曉高,付青,周龍華(中山大學數(shù)學與計算科學學院,1)06博2)副教授3)07博,廣東廣州510275)摘要:在太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中,為了向電網(wǎng)提供最大的功率,要求并網(wǎng)逆變器輸出電流與電網(wǎng)電壓同頻同相。為此,本文針對光伏并網(wǎng)逆變器提出了一種基于TMS320LF2407芯片的鎖相控制方法,并給出了詳細的設(shè)計思路,該

2、方法簡單實用,主要由軟件編程實現(xiàn),實驗結(jié)果顯示該方法具有很好的控制效果。關(guān)鍵詞:DSP;鎖相控制;光伏并網(wǎng);逆變器引言太陽能光伏發(fā)電作為潔凈的和未來最有希望的發(fā)電方式之一,越來越受到人們的重視,而太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的逆變器控制就是其中一個非常重要的研究課題。為了使逆變器輸出的交流電流為穩(wěn)定的高質(zhì)量的正弦波,且與電網(wǎng)電壓嚴格同頻同相,逆變器的控制至關(guān)重要。文獻[5]提出了一種很好的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的控制方法,但作者認為在文獻[5]的逆變器控制技術(shù)的基礎(chǔ)上,應加上同步鎖相控制以保證并網(wǎng)電流與電網(wǎng)電壓嚴格同頻同相。本文提出了一種采用TMS320LF240(以下簡稱F240)芯片實現(xiàn)鎖相控

3、制的方法,該方法簡單實用,便于修改。實驗結(jié)果表明該方法應用于光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)中具有很好的控制效果。1系統(tǒng)的逆變輸出級光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)通常主要由太陽能電池陣列、具有最大功率跟蹤的DC/DC控制單元和與電網(wǎng)并聯(lián)的逆變器控制單元組成,光伏并網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。逆變輸出級控制框圖如圖2所示,并網(wǎng)的輸出電流由同步鎖相環(huán)產(chǎn)生的基準電流Ig所控制,用來決定門極PWM信號的寬度?？刂七^程中使用了前饋補償環(huán)節(jié),通過實時采集電網(wǎng)電壓,經(jīng)預測算法處理后和PI調(diào)節(jié)器的輸出值相加,這種補償可理解為在橋路輸出端引入一3收稿日期:2007-09-08基于DSP鎖相技術(shù)的光伏并網(wǎng)逆變器控制個與電網(wǎng)電壓對消的電

4、壓源,從而使有源逆變系統(tǒng)補償為無源系統(tǒng)。為了減小阻容濾波[5]的延遲影響,控制流程中同時還使用了預測算法,通過預測輸出交流電流和電網(wǎng)電壓以獲得更接近實際值的數(shù)據(jù)。同步鎖相環(huán)用于實時產(chǎn)生與電網(wǎng)電壓同步的參考電流信號,相當于一個基準正弦波發(fā)生器。圖1光伏并網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig11Structureofphotovoltaicgrid2connectedsystem為了實現(xiàn)系統(tǒng)的并網(wǎng)輸出電流與電網(wǎng)電壓同頻同相,使用F240的捕獲單元。F240的捕捉單元可以檢測兩個邊沿的時間間隔。在本系統(tǒng)中,檢測脈沖的上升沿,軟件中使用捕捉中斷來動態(tài)調(diào)整定時器1的周期。輸出功率級(H橋)采用單極性PWM調(diào)制

5、模式,具體工作過程如下:PWM載波周期的定時器中斷從固定數(shù)據(jù)表中讀出單位正弦波數(shù)據(jù),根據(jù)電流幅值指令信號大小進行預處理,得到臨時脈寬CMPRTEMP,再將該數(shù)據(jù)和經(jīng)過A/D采樣和經(jīng)過預測處理后的電網(wǎng)電流值、電網(wǎng)電壓值進行綜合PI運算處理,得到實際的脈寬CMPR1,控制逆變器四個功率器件(VT1～VT4)的通斷。下一次PWM載波周期中斷重復上述處理過程,這樣,通過電流跟蹤就可以得到由程序自由控制的并網(wǎng)輸出電流。圖2逆變輸出級控制框圖Fig12Structureofoutputofinverter65《研究生學刊》(自然科學、醫(yī)學版)二○○七年第三期2并網(wǎng)逆變器鎖相控制的設(shè)計通常,標準

6、的電網(wǎng)頻率是50Hz,本次設(shè)計方案首先是產(chǎn)生50Hz的SPWM(正弦脈沖寬度調(diào)制)波,然后捕獲電網(wǎng)的頻率,再改變相應的SPWM波的載波頻率,從而完成對電網(wǎng)的跟蹤。以下分別對這三個步驟做一下詳細的描述。211SPWM波的發(fā)生SPWM波是由正弦波與三角波(載波)相比較而產(chǎn)生的一組寬度與正弦波幅值成正比的方波。通常的模擬方法是直接將三角波與正弦波用比較器進行比較實現(xiàn)的,而DSP內(nèi)部PWM波的發(fā)生與此方法不同。DSP由內(nèi)部的通用定時器進行計數(shù),定時器的周期寄存器裝載三角載波周期所需要的計數(shù)值,同時將正弦波各個比較點的幅值取出,送給定時器的比較寄存器,當定時器的計數(shù)值與比較寄存器的值相等時,

7、發(fā)生比較匹配。定時器繼續(xù)計數(shù)直至達到周期寄存器的值,發(fā)生周期匹配,一個三角載波周期結(jié)束。如果需改變?nèi)禽d波頻率和比較值,只需改變相應的周期寄存器和比較寄存器的值,相應的引腳即輸出寬度不等的PWM波。在整個過程中,三角載波和正弦波并沒有出現(xiàn),它們只是[2]一種抽象的波形。以下是PWM波發(fā)生的簡要示意圖(如圖3所示)。圖3PWM波發(fā)生的簡要示意圖Fig13SimplediagramofPWMwavegenerating在用軟件編程實現(xiàn)時,為了便于分頻,假定三角載波的頻率是