求基于DSP控制的三相光伏并網(wǎng)逆變器設(shè)計？

【專家解說】：

摘要：介紹了基于DSP控制的并網(wǎng)逆變器原理和軟硬件設(shè)計。該裝置主要應(yīng)用于小功率分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，利用數(shù)字控制技術(shù)和智能功率模塊實(shí)現(xiàn)太陽能到電能的轉(zhuǎn)換，并且保證以單位功率因數(shù)輸出高質(zhì)量的電流波形，最后給出了樣機(jī)實(shí)驗(yàn)，證明了該裝置具有的較好性能。 關(guān)鍵詞：DSP；最大功率點(diǎn)跟蹤；逆變器；PWM控制 中圖分類號: 文獻(xiàn)標(biāo)識碼: 文章編號：

0 引言

隨著太陽能的開發(fā)和應(yīng)用，采用SPWM技術(shù)的并網(wǎng)逆變器裝置在分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。與傳統(tǒng)整流器相比，這種逆變器裝置的主電路采用可關(guān)斷的全控器件，可以實(shí)現(xiàn)電能的雙向傳輸。這種逆變器裝置不僅具有受控的AC/DC整流功能，而且還具有DC/AC的逆變功能。通過數(shù)字控制技術(shù)在并網(wǎng)逆變器交流側(cè)可實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)運(yùn)行和正弦化電流波形，在分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中采用PWM并網(wǎng)逆變器可以在向電網(wǎng)饋送能量的同時，減少裝置對電網(wǎng)的污染，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的并網(wǎng)發(fā)電。

本文描述一個應(yīng)用于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，采用直接電流控制的三相電壓源型PWM并網(wǎng)逆變器的設(shè)計過程，并對逆變器的控制策略進(jìn)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(shè)計了原型樣機(jī)。最后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明采用PWM控制的逆變器適合應(yīng)用于中小型功率光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，且有廣泛的應(yīng)用前景。

1 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)組成

光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池板（即光伏陣列），并網(wǎng)逆變器,濾波電抗器和DSP控制電路構(gòu)成。整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

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

圖1 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)機(jī)構(gòu)圖

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

2 并網(wǎng)逆變器控制原理

根據(jù)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的工作原理可知，并網(wǎng)逆變器是整個并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的核心裝置，并網(wǎng)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(wǎng)發(fā)電系統(tǒng),本文所設(shè)計的并網(wǎng)逆變器采用三相半橋逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 三相半橋逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

并網(wǎng)逆變器交流側(cè)所輸出的電壓電流信號滿足下列方程式

C=iksk－id（1）

L＋Rik=ek－Vdc(sk－sn)（2）

ek=ik=0（3）

其中

sk=（4）

其中k=a，b，c。

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

根據(jù)三相電壓源型PWM并網(wǎng)逆變器的數(shù)學(xué)模型，可知并網(wǎng)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(wǎng)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(yīng)的光伏并網(wǎng)逆變器裝置控制系統(tǒng)中引入了最大功率點(diǎn)跟