基于FPGA 的太陽能并網(wǎng)逆變器的研究

作者：時間：2015-06-21 來源：網(wǎng)絡

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　　上述改進型BUCK電路如果采用兩個MOSFET驅動互補的方式，除了降低損耗外還可以達到一些比較好的結果，比如不用考慮電流續(xù)流問題，因為電流可以在電容上倒流。但反相電流增加了開關損耗和導通損耗，只要電流倒流產(chǎn)生的損耗比通過傳統(tǒng)BUCK電路二極管管壓損耗小，整個系統(tǒng)相對來說損耗是減小的。推導過程和傳統(tǒng)算法一樣[6]，只是電感電流可為負。由于IR2111單路PWM波輸入時，可以輸出帶死區(qū)上下管驅動信號，在控制策略上只需要控制單路PWM輸出的占空比即可。

本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/276074.htm

　　2. 2 逆變器設計

　　逆變器的拓撲如下圖所示，通過控制通過電感上面的電流信號可以控制系統(tǒng)的輸出功率、功率因素以及相應的諧波成分。目前簡單的控制算法是電壓外環(huán)加電流內(nèi)環(huán)PI控制。復雜的有帶FIR濾波的重復控制、矢量控制(三相)等等。本控制系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的電壓電流環(huán)控制方法，通過鎖相查表的方式獲取波形數(shù)據(jù)，針對電網(wǎng)需求可以作一定量的無功補償。

　　圖表 2.2.1逆變系統(tǒng)拓撲

　　2.2.1逆變器參數(shù)選取

　　單相逆變器由直流側、逆變橋及輸出濾波組成，單相逆變器簡化拓撲如圖2.2.1所示。逆變器控制模型中，參考正弦波

和三角波比較得到的脈沖去控制各功率開關器件。由于開關狀態(tài)是不連續(xù)的，分析可采用狀態(tài)平均法，即用變量的平均值代替其瞬時值，從而得到連續(xù)狀態(tài)空間平均模型。

　　由于逆變器采用單相橋式電路，可以采用單極倍頻調制方式的，由狀態(tài)平均法分析可以得到直流電源電壓與A點電壓之間的關系式2.2.1，其中

為采樣時刻的占空比，E為直流電源電壓。

……(式2.2.1)

　　為了將SPWM波的諧波分量濾除，在逆變器的輸出端加了LC濾波器，從而得到正弦交流信號，A、B兩點的電壓、

之間的傳遞函數(shù)可以寫成式2.2.2，其中r很小，電路設計時如果繞制電感內(nèi)阻相對負載電阻很小，則可以忽略這個量。

……(式2.2.2)

　　交流電感的選擇主要考慮抑制電流紋波和滿足動態(tài)電流波形品質，同時應盡量減小電感，減小系統(tǒng)體積。

　　滿足抑制電流紋波要求，電感的選擇應滿足：

　　(其中為輸出直流側電壓，為開關周期，為諧波脈動電流峰值的最大允許值)

　　直流側最大電壓為，開關頻率為，最大電流有效值為

，取諧波脈動電流峰值的最大允許值取為最大電流的10%，則

　　滿足快速跟蹤基準電流要求，電感應滿足：

　　(其中為輸出直流側電壓，為交流電壓峰值，為正弦波基準電流峰值，為正弦電流角頻率)

　　取輸出交流電壓有效值，正弦波基準電流峰值

A，

　　考慮到實際電感設計，系統(tǒng)最終設計得出的電感為：

　　2.2.2 逆變器控制程序

　　系統(tǒng)的控制由在FPGA中完成。在FPGA中搭建一些硬件模塊，設計PWM的IP核，以及ADC的控制接口，然后通過片上控制器完成系統(tǒng)代碼程序。上電后先對系統(tǒng)各部分的初始化，然后進入循環(huán)，掃描按鍵，執(zhí)行顯示程序。如果需要注入無功補償，通過系統(tǒng)的人機交互界面可以完成。

　　系統(tǒng)的控制主要在三個中斷函數(shù)中進行。在Timer7的溢出中斷服務函數(shù)中完成電流大小的控制，首先進行電流的檢測，測得的量可以通過主函數(shù)中的顯示程序執(zhí)行顯示功能。由于采樣頻率較高，然后通過PI調節(jié)可以瞬時地完成相應電流輸出。完成測量后進行電流或電壓的PI調節(jié)，輸出一個占空比指令。在采到過零比較輸出的上升沿后觸發(fā)邊沿中斷。由于改變DDS的頻率控制字可以同時完成相位和頻率的跟蹤，因而用PI調節(jié)可以將相位鎖住在某個點上。DDS中斷中主要完成掃描正弦表，進行DDS相位累加。輸出功率通過保持直流母線上的電壓，可以知道輸出電流指令大小。系統(tǒng)軟件流程圖如圖2所示。