基于DSP生成SVPWM在逆變電源中的應用

本文描述一個應用于光伏并網發(fā)電系統(tǒng)，采用直接電流控制的三相電壓源型PWM并網逆變器的設計過程，并對逆變器的控制策略進行了分析和研究，并采用三菱公司的智能功率模塊IPM50RSA060和德州儀器(TI)公司的DSP芯片TMS320LF2407設計了原型樣機。最后的實驗結果表明采用PWM控制的逆變器適合應用于中小型功率光伏并網發(fā)電系統(tǒng)，且有廣泛的應用前景。

　　1 光伏并網

　　發(fā)電系統(tǒng)組成

　　光伏并網發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池板(即光伏陣列)，并網逆變器,濾波電抗器和DSP控制電路構成。整個系統(tǒng)的結構如圖1所示。

　　由圖1可見光伏并網發(fā)電系統(tǒng)利用太陽能電池板將太陽能轉化為直流電能，再利用并網逆變器的受控電流源特性，控制逆變器運行在發(fā)電狀態(tài),將直流電轉化為交流電饋送電網。

　　整個系統(tǒng)能量的變換和傳遞過程，是利用IPM模塊構成的并網逆變器路來實現的，而并網逆變器的控制則是通過DSP生成驅動主電路的PWM信號來完成。

　　2 并網逆變器控制原理

　　根據光伏并網發(fā)電系統(tǒng)的工作原理可知，并網逆變器是整個并網發(fā)電系統(tǒng)的核心裝置，并網逆變器的性能決定著整個系統(tǒng)的性能。針對圖l所示的光伏并網發(fā)電系統(tǒng),本文所設計的并網逆變器采用三相半橋逆變器拓撲結構，其結構如圖2所示。

　　并網逆變器交流側所輸出的電壓電流信號滿足下列方程式

　　上述模型中L代表交流側電感參數，R為電感中的寄生電阻，由于電感等效阻抗遠大于電阻阻值，在系統(tǒng)設計過程中R對調節(jié)器設計影響可以忽略。

　　根據三相電壓源型PWM并網逆變器的數學模型，可知并網逆變器通過控制三相電壓源型逆變器橋臂輸出電壓來控制輸出電流，在控制輸出電流得同時，為提高光伏并網逆變系統(tǒng)發(fā)電量，充分利用在同等光照條件的光伏陣列所能提供的最大功率，在相應的光伏并網逆變器裝置控制系統(tǒng)中引入了最大功率點跟蹤(MPPT)技術。

　　圖2所示為并網逆變器控制結構。從圖2中可知并網逆變器控制結構的外環(huán)為功率環(huán)，采用自尋優(yōu)MPPT算法。自尋優(yōu)算法通過采樣當前逆變器裝置的輸出電壓電流信號計算出當前時刻的輸出功率，再與前一時刻所計算出的輸出功率進行比較，根據輸出功率的大小不斷調整并網逆變器的工作點，最終使得并網逆變器的工作點沿著光伏陣列最大功率曲線變化。逆變器根據MPPT算法計算出的光伏陣列在此功率點下直流電壓環(huán)指令信號，電壓環(huán)的誤差信號經由PI調節(jié)器環(huán)節(jié)后輸出電流環(huán)幅值指令，幅值指令與電網電壓的同步信號相乘作為電流環(huán)的同步指令信號，系統(tǒng)的輸出電流由電流誤差和內環(huán)比例調節(jié)器控制，電流環(huán)的增益決定著系統(tǒng)輸出電流能否準確跟蹤指令信號，同時決定光伏并網系統(tǒng)能否以單位功率因數實現最大功率并網發(fā)電。