基于數(shù)字移相器的逆變器系統(tǒng)相位跟蹤控制
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2 相位跟蹤開環(huán)控制原理
開環(huán)控制方式具有控制速度快，控制簡單，穩(wěn)定等優(yōu)點。既然逆變器的輸入輸出有確定的相位關(guān)系，那么就可以利用數(shù)字移相器的思想進行開環(huán)控制。
數(shù)字移相器是一個其輸入輸出信號具有確定相位關(guān)系的系統(tǒng)。輸入輸出信號的相位差由系統(tǒng)本身的傳遞函數(shù)決定，只與輸入信號的頻率有關(guān)。而逆變器實際上也是一類移相器。當(dāng)兩個系統(tǒng)級聯(lián)時，通過設(shè)定移相器的傳遞函數(shù)，使移相器輸入輸出信號相位差值為逆變器的相反數(shù)，那么整個級聯(lián)系統(tǒng)就能達(dá)到輸入輸出信號同頻同相的效果。
相位跟蹤開環(huán)控制原理如下：SPWM信號的由一組離散正弦調(diào)制信號產(chǎn)生，相鄰元素之間相位差為固定值△，利用相位累加方式輸出信號，工作原理類似于DDS。設(shè)每次相位增加的時間為AT，通過改變AT，就可以改變調(diào)制信號的頻率?？刂破魇紫葘﹄娋W(wǎng)電壓進行過零捕獲，測得電網(wǎng)電壓的頻率f，并根據(jù)f算出并設(shè)置△T的值，使得逆變器輸出電流的頻率等于f。然后每當(dāng)控制器檢測到電網(wǎng)電壓的過零中斷時，根據(jù)關(guān)系R：P=R(f)，重新設(shè)置調(diào)制信號的相位指針Pindex為固定初始相位P。這樣調(diào)制信號的頻率就嚴(yán)格等于電網(wǎng)電壓的頻率，避免由于頻率測量誤差引起相位累積誤差。此時，相位跟蹤誤差主要取決于SPWM的載波頻率。相位跟蹤開環(huán)控制原理框圖如圖2所示。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/161811.htm
3 相位跟蹤開環(huán)控制軟件實現(xiàn)
為了安全以及簡化系統(tǒng)設(shè)計，實驗利用MSP430F2544單片機產(chǎn)生SPWM信號模擬光伏逆變器。MSP430F2544內(nèi)部具有16 MHz DCO時鐘源，為系統(tǒng)主時鐘。該型號單片機還具有兩個16位定時／計數(shù)器：定時器A和定時器B，具有捕獲定時功能。電網(wǎng)電壓頻率的測量由定時器B的CCR1模塊進行測量。時間間隔△T由定時／計數(shù)器A的CCR0模塊進行設(shè)置。圖3為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
輸入的正弦波信號模擬電網(wǎng)電壓信號。由高速比較器LM311構(gòu)成過零比較電路將正弦波信號整形成方波信號，然后傳送給MSP430F2544進行捕獲。若忽略LM51311的延時，則方波信號的上升沿即為正弦波的相位為零的時刻點。實際上，過零比較電路是一個相位捕獲器。通過定時器記錄相鄰兩個上升沿的時刻點，算出時間差，即可推出正弦波的頻率。
后級濾波器采用單級L-C無源濾波器。濾波器的截止頻率約為500Hz，而SPWM的載波頻率約為33kHz，這樣就能使輸出正弦波失真度很小。
SPWM信號由單片機的兩個定時器控制產(chǎn)生。定時器A的CCR0控制產(chǎn)生載波頻率，而CCR1為調(diào)制值，即正弦波的離散值。定時器A設(shè)置為增計數(shù)模式，輸出設(shè)為PWM復(fù)位／置位模式。當(dāng)定時器的值等于CCR1時復(fù)位，等于CCR0時置位且定時器復(fù)位并從0開始計數(shù)。控制定時器B的CCR0產(chǎn)生正弦調(diào)制信號，每當(dāng)CCR0等于定時器的值時單片機產(chǎn)生中斷，根據(jù)相位指針Pindex將下一個正弦波的離散值寫入定時器A的CCR1，這樣輸出正弦波的相位就增加一個△。只要改變定時器B的CCR0的值輸出正弦波的頻率就會發(fā)生改變。電網(wǎng)電壓的過零脈沖信號由定時器B的CCR1進行捕獲，由兩級堆棧TB計算電網(wǎng)電壓的頻率f，并將相應(yīng)的值寫入定時器B的CCR0寄存器中。在每一個過零中斷到來時，根據(jù)頻率f與關(guān)系R：P=R(f)算出初始相位，并賦給相位指針Pindex，這樣輸出正弦波的相位就等于電網(wǎng)電壓的相位。圖4為相位跟蹤開環(huán)控制的軟件流程圖。
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