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1、中山大学研究生学刊(自然科学、医学版)第28卷第3期JOURNALOFTHEGRADUATESVOL128№32007SUNYAT2SENUNIVERSITY(NATURALSCIENCES、MEDICINE)20073基于DSP锁相技术的光伏并网逆变器控制1)2)3)陈晓高,付青,周龙华(中山大学数学与计算科学学院,1)06博2)副教授3)07博,广东广州510275)摘要:在太阳能光伏并网发电系统中,为了向电网提供最大的功率,要求并网逆变器输出电流与电网电压同频同相。为此,本文针对光伏并网逆变器提出了一种基于TMS320LF2407芯片的锁相控制方法,并给出了详细的设计思路,该
2、方法简单实用,主要由软件编程实现,实验结果显示该方法具有很好的控制效果。关键词:DSP;锁相控制;光伏并网;逆变器引言太阳能光伏发电作为洁净的和未来最有希望的发电方式之一,越来越受到人们的重视,而太阳能光伏发电系统的逆变器控制就是其中一个非常重要的研究课题。为了使逆变器输出的交流电流为稳定的高质量的正弦波,且与电网电压严格同频同相,逆变器的控制至关重要。文献[5]提出了一种很好的光伏并网发电系统的控制方法,但作者认为在文献[5]的逆变器控制技术的基础上,应加上同步锁相控制以保证并网电流与电网电压严格同频同相。本文提出了一种采用TMS320LF240(以下简称F240)芯片实现锁相控
3、制的方法,该方法简单实用,便于修改。实验结果表明该方法应用于光伏并网逆变系统中具有很好的控制效果。1系统的逆变输出级光伏并网发电系统通常主要由太阳能电池阵列、具有最大功率跟踪的DC/DC控制单元和与电网并联的逆变器控制单元组成,光伏并网系统结构图如图1所示。逆变输出级控制框图如图2所示,并网的输出电流由同步锁相环产生的基准电流Ig所控制,用来决定门极PWM信号的宽度。控制过程中使用了前馈补偿环节,通过实时采集电网电压,经预测算法处理后和PI调节器的输出值相加,这种补偿可理解为在桥路输出端引入一3收稿日期:2007-09-08基于DSP锁相技术的光伏并网逆变器控制个与电网电压对消的电
4、压源,从而使有源逆变系统补偿为无源系统。为了减小阻容滤波[5]的延迟影响,控制流程中同时还使用了预测算法,通过预测输出交流电流和电网电压以获得更接近实际值的数据。同步锁相环用于实时产生与电网电压同步的参考电流信号,相当于一个基准正弦波发生器。图1光伏并网系统结构图Fig11Structureofphotovoltaicgrid2connectedsystem为了实现系统的并网输出电流与电网电压同频同相,使用F240的捕获单元。F240的捕捉单元可以检测两个边沿的时间间隔。在本系统中,检测脉冲的上升沿,软件中使用捕捉中断来动态调整定时器1的周期。输出功率级(H桥)采用单极性PWM调制
5、模式,具体工作过程如下:PWM载波周期的定时器中断从固定数据表中读出单位正弦波数据,根据电流幅值指令信号大小进行预处理,得到临时脉宽CMPRTEMP,再将该数据和经过A/D采样和经过预测处理后的电网电流值、电网电压值进行综合PI运算处理,得到实际的脉宽CMPR1,控制逆变器四个功率器件(VT1～VT4)的通断。下一次PWM载波周期中断重复上述处理过程,这样,通过电流跟踪就可以得到由程序自由控制的并网输出电流。图2逆变输出级控制框图Fig12Structureofoutputofinverter65《研究生学刊》(自然科学、医学版)二○○七年第三期2并网逆变器锁相控制的设计通常,标准
6、的电网频率是50Hz,本次设计方案首先是产生50Hz的SPWM(正弦脉冲宽度调制)波,然后捕获电网的频率,再改变相应的SPWM波的载波频率,从而完成对电网的跟踪。以下分别对这三个步骤做一下详细的描述。211SPWM波的发生SPWM波是由正弦波与三角波(载波)相比较而产生的一组宽度与正弦波幅值成正比的方波。通常的模拟方法是直接将三角波与正弦波用比较器进行比较实现的,而DSP内部PWM波的发生与此方法不同。DSP由内部的通用定时器进行计数,定时器的周期寄存器装载三角载波周期所需要的计数值,同时将正弦波各个比较点的幅值取出,送给定时器的比较寄存器,当定时器的计数值与比较寄存器的值相等时,
7、发生比较匹配。定时器继续计数直至达到周期寄存器的值,发生周期匹配,一个三角载波周期结束。如果需改变三角载波频率和比较值,只需改变相应的周期寄存器和比较寄存器的值,相应的引脚即输出宽度不等的PWM波。在整个过程中,三角载波和正弦波并没有出现,它们只是[2]一种抽象的波形。以下是PWM波发生的简要示意图(如图3所示)。图3PWM波发生的简要示意图Fig13SimplediagramofPWMwavegenerating在用软件编程实现时,为了便于分频,假定三角载波的频率是
