基于一款小功率光伏并網(wǎng)逆變器控制的設(shè)計(jì)

4、交流側(cè)電壓Us的檢測(cè)

將同步變壓器副邊的同步信號(hào)，濾波、整流，就可以得到比較穩(wěn)定的直流電，將其送到DSP的A/D轉(zhuǎn)換口。由于最后得到的直流電壓與電網(wǎng)電壓有一個(gè)比較穩(wěn)定的關(guān)系，因此，就比較容易換算Us的值了。

由于涉及到共地的問(wèn)題，因此，采用了運(yùn)算放大器的全波精密整流電路，如圖7所示。

5、電流指令的同步

并網(wǎng)時(shí)要求逆變器輸出的正弦波電流與電網(wǎng)電壓同頻、同相。首先，將電網(wǎng)電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波整形為同步方波信號(hào)，再將其輸入到TMS320F240的外部中斷口XINT1，目的是為了捕捉電網(wǎng)電壓的過(guò)零信號(hào)。如圖8所示，電網(wǎng)電壓正弦波，經(jīng)過(guò)整形后就得到了方波。

當(dāng)DSP檢測(cè)到過(guò)零信號(hào)的上跳沿時(shí)，便觸發(fā)同步中斷，以此時(shí)間點(diǎn)作為基準(zhǔn)給定正弦波信號(hào)時(shí)間起點(diǎn)，也就是正弦表指針復(fù)位到零;每當(dāng)T1下溢中斷(PWM實(shí)時(shí)控制)時(shí)，正弦表指針便加1，并從正弦表中取值。一個(gè)周期的單位正弦波數(shù)據(jù)被分成了400個(gè)點(diǎn)采用表的形式存放在存儲(chǔ)器中。由于同步信號(hào)比較容易受到諧波和尖峰電壓的干擾，因此在進(jìn)入同步中斷后可以先做一個(gè)延時(shí)，判斷外部中斷腳XINT1是否仍然是高電平，如果是高電平，就執(zhí)行中斷程序，否則就從中斷程序跳出。

從圖6的控制方案可看出，IREF與正弦表中數(shù)據(jù)相乘后，便形成了幅值可調(diào)的正弦波的電流給定信號(hào)，然后，再實(shí)時(shí)比較電流給定值，經(jīng)過(guò)P環(huán)節(jié)后，所得信號(hào)反相后，與采集到的交流側(cè)電網(wǎng)電壓信號(hào)Us相加，所得波形與三角波比較，就產(chǎn)生了PWM波，控制橋臂的通斷?？傊?，輸出電流和電網(wǎng)電壓的同頻、同相的要求是通過(guò)電流跟蹤控制實(shí)現(xiàn)的。

6、PWM脈寬調(diào)制波的產(chǎn)生

PWM波的產(chǎn)生是通過(guò)TMS320F240的全比較單元輸出的，頻率為20kHz.從圖6可知，調(diào)制脈沖的產(chǎn)生是通過(guò)將電流指令值與實(shí)際電流值比較后，經(jīng)過(guò)P環(huán)節(jié)，所得到的波形與三角波(頻率為20kHz)比較后獲得的。因此MOS管Q3、Q4、Q5、Q6(見(jiàn)圖2)脈沖的產(chǎn)生時(shí)刻可以從圖8得出，參照正弦波與三角波調(diào)制，兩者相交決定了PWM的脈沖時(shí)刻。實(shí)際由采樣的波形(實(shí)際上是階梯波)與三角波相交，由交點(diǎn)得出脈沖寬度。本系統(tǒng)是在三角波的底點(diǎn)位置對(duì)波形進(jìn)行采樣而形成的階梯波。此階梯波與三角波的交點(diǎn)所確定的脈寬在一個(gè)采樣周期內(nèi)的位置是對(duì)稱(chēng)的，如圖9所示。

圖9(a)正弦波B與三角波的交點(diǎn)決定了Q3的導(dǎo)通時(shí)刻;正弦波A與三角波的交點(diǎn)決定了Q5的導(dǎo)通時(shí)刻。

圖9(b)為Q3的脈沖示意圖，同一橋臂上Q3與Q4的脈沖是互補(bǔ)的。

圖9(c)為Q5的脈沖示意圖，同一橋臂上Q5與Q6的脈沖是互補(bǔ)的。

7、TMS320F240軟件控制流程

這部分的軟件主要分成4塊，即主程序，T1下溢中斷，T2下溢中斷和同步中斷。流程圖如圖10所示。T1下溢中斷每50μs發(fā)生一次，程序主要用來(lái)生成PWM波;T2下溢中斷每10ms發(fā)生一次，程序主要用來(lái)產(chǎn)生電流指令;同步中斷大約每20ms(網(wǎng)壓周期)發(fā)生一次。

8、系統(tǒng)保護(hù)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)有直流側(cè)過(guò)壓、欠壓，交流側(cè)過(guò)流，過(guò)熱等多種保護(hù)。當(dāng)出現(xiàn)太陽(yáng)能電池板的輸出電壓過(guò)壓、欠壓故障的時(shí)候，由TMS320F240向SG3525發(fā)出一個(gè)信號(hào)，封鎖DC/DC的脈沖，使其停止工作，當(dāng)檢測(cè)到直流電壓恢復(fù)正常時(shí)，DC/DC又自動(dòng)復(fù)位開(kāi)始工作;當(dāng)出現(xiàn)交流過(guò)流、過(guò)熱故障時(shí)，程序進(jìn)入中斷服務(wù)子程序，封鎖所有驅(qū)動(dòng)信號(hào)。當(dāng)故障排除后，手動(dòng)復(fù)位，系統(tǒng)重新啟動(dòng)。

主要元器件選擇與實(shí)驗(yàn)波形

推挽式電路MOS管選用的是IRFP350(耐壓400V，漏源額定電流為16A)。橋式逆變電路MOS管選用的是IRFPC40(耐壓600V，漏源額定電流為6.8A)。DC/DC濾波電感L1選用1.2mH，DC/AC濾波電感L2選用33.4mH.

結(jié)語(yǔ)

本文闡述了一種小功率光伏并網(wǎng)逆變器的控制系統(tǒng)。DC/DC控制器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用推挽式電路，是用芯片SG3525來(lái)控制的，該電路有效地防止了偏磁;DC/AC逆變器為全橋逆變電路，是用DSP來(lái)控制的，由于DSP的運(yùn)算速度比較高，因此逆變器的輸出電流能夠很好地跟蹤電網(wǎng)電壓波形。該光伏并網(wǎng)逆變器控制方案的有效性在實(shí)驗(yàn)室得到驗(yàn)證。該控制系統(tǒng)能確保逆變電源的輸出功率因數(shù)接近1，輸出電流為正弦波形。