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基于DSP的光伏并网逆变器研究
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2010年
第27期
SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION
○机械与电子○
科技信息
基于DSP的光伏并网逆变器研究
谢子青（浙江工业职业技术学院浙江绍兴
312000）
【摘要】在介绍光伏并网发电系统组成逆变器的基础上，提出了一种以DSP芯片TMS320LF2407作为控制核心、由软件编程实现并网输出电流与电网电压的同频、同相的并网逆变器实现方案，实验结果验证了该方案的可行性。【关键词】TMS320LF2407；光伏并网；逆变器
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引言
随着能源消耗的大规模增加，可再生能源受到了广泛重视，而太阳能是最清洁、最丰富的能源，光伏发电以其独特的优点，成为太阳能开发和利用的重要发展方向。光伏并网发电系统是将太阳能光伏电池阵列产生的直流电，通过功率调节器转化为交流电后并入电网，可以与电力公司提供的交流电一起使用。为了使系统稳定运行，需要光伏与电力网输出电压的幅值、相位、频率保持一致，这就要求光伏并网发电系统逆变器具有同步锁相的功能。可见在光伏并网发电系统中，以功率调节器为核心的并网逆变器是连接光伏阵列和电网的关键部件，它完成控制光伏阵列最大功率点运行和向电网注入正弦电流两大主要任务。如何使逆变器输出的交流正电流为稳定的高质量的正弦波，实现与电网电压严格同频同相，是太阳能光伏发电系统中一个非常重要的研究课题，其控制精确度直接影响到系统的并网运行性能。本文提出了一种基于DSP芯片TMS320LF2407实现数字锁相控制的方法。实验结果显示该方法应用于光伏并网逆变系统中具有很好的控制效果。
快、外设集成度更高等特点[2]，可以很好的满足对IGBT单相全桥进行实时控制的要求。逆变输出级控制框图如图2所示。F240的捕捉单元可以检测两个边沿的时间间隔，在本系统中是检测脉冲的上升沿，软件中使用捕捉中断来动态调整定时器的周期。系统采用单极性SPWM调制模式，具体工作过程如下：PWM载波周期的定时器中断从固定数据表中读出单位正弦波数据，根据电流幅值指令信号大小进行预处理，得到临时脉宽，再将该数据和经过A/D采样和预测处理的电网电压值、电网电流值进行综合PI运算处理，得到实际的脉宽，控制逆变器各开关器件的通断。下一次PWM载波周期中断重复上述处理过程，这样，通过电流跟踪就可以得到由程序自由控制的并网输出电流[3]。
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光伏并网发电系统组成
图2
逆变输出级控制框图
单相太阳能光伏发电系统主要由太阳能光伏电池阵列、具有最大功率跟踪的DC-DC变换器及DC-AC交直流逆变器组成，完成了将太阳能电池阵列输出的直流电变换为交流电，经过交流滤波后把正弦波交流电送入电网的工作过程。光伏并网系统结构图如图1。
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软件设计
图3图1光伏并网系统结构图
主程序
系统采用两级式设计，二者相对独立，由直流母线电压产生联系：前级DC-DC变换器为升压斩波器，采用Boost结构，将光伏电池(PV)电压变换到稳定的直流母线电压，并通过MPPT控制调节DC-DC变换器的占空比来调节光伏阵列的输出功率，实现最大功率点的跟踪。后级DC-AC逆变器的主电路结构为单相全桥逆变电路，为输出电流受控的电压型有源逆变器，逆变器的输出侧呈现受控电流源特性，其中开关器件采用绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，开关管的栅极驱动信号来源于TMS320LF2407产生的SPWM波经驱动电路后的信号。DC／AC逆变主电路维持DClink中间电压稳定并将电能转换成220V，5OHz的正弦交流电。最终通过交流LC滤波电路滤除高频分量，把与电网电压同频和同相的并网逆变器输出的正弦电流并人电网。当系统检测到外部故障时，可立即将DC/DC变换器与DC/AC逆变器从电路中切除，实现逆变器的可靠隔离和保护。
该系统程序主要由主程序、PWM中断子程序和捕获中断子程序组成。主程序主要完成特殊寄存器以及外部事件管理器中寄存器的初始化，并对变量和常量进行定义，在主循环里完成多个非中断的功能，一旦中断来临，程序就跳到相应的中断服务子程序；即主要完成系统的启动、监控、故障检测保护，最大功率点跟踪及通信等功能；PWM中断子程序主要实现并网逆变电流环调节，A／D检测及SPWM波的输出功能；捕获中断子程序的主要功能是实现并网逆变电流同频、同相跟踪电网电压[4]。
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仿真实验结果
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逆变输出级控制
为了实现系统的并网输出电流与电网电压同频同相[1]，逆变器的控制部分采用TI公司生产的高速DSP芯片TMS320LF2407A作为控制核心，该芯片具有程序存储器更大、A/D转换速度更快、处理性能更
光伏并网发电实验装置由Boost升压(55V／168V)电路、全桥逆变器和升压变压器(95V／220V)组