光伏并網(wǎng)發(fā)電模擬裝置

（重慶大學(xué)電氣工程與自動化學(xué)院：本文實現(xiàn)一個基于TMS3202812DSP的 ，采用直穩(wěn)壓源和滑動阻器來擬光伏池過TMS3202812DSPADC模塊實時采樣模擬電電壓的正弦考信號光電池輸電壓負(fù)電壓流反饋信等經(jīng)過數(shù)處理后用模塊產(chǎn)生時的S波控制MOSET逆變?nèi)敵稣也ㄎ挠肐控制算法實現(xiàn)了輸出信號對定模擬網(wǎng)電壓正弦參信號的率相位用恒定壓法實了光伏池最大功率點 （MPT從而達(dá)到模擬并網(wǎng)效另外本裝置實現(xiàn)了伏電池出欠壓負(fù)載過流護功能及光伏池輸出壓、過保自恢復(fù)功、聲光功能孤島效的檢測、保與自恢功能。統(tǒng)表明設(shè)完全滿定計要求。PhotovoltaicGrid-connectedgeneration:Thispaperpresentsaphotovoltaicgrid-connectedgenerationsimulatorwhichisbasedonTMS320F2812DSP,withaDCvoltagesourceandavariableresistortosimulatethecharacteristicofphotovoltaiccells.WeusetheinternalADconvertertoreal-timesamplingthereferencedgridvoltagesignal,outputtingvoltageofphotovoltaic,feedbackoutputtingvoltageandcurrentsignal.ThemodulegeneratesSVaccordingtothecalculationofthereal-timesamplingdata,tocontrolthefullMOSFETinverterbridgeoutputsinewave.WerealizedthattheoutputvoltageofthesimulatorcantrackthefrequencyandphaseofthereferencedgridvoltagewithPIregulation,andtheumphotovoltaicpowertrackingwithconstantvoltageregulation,therebyachievedthepurposeofgrid-connectedsimulation.Additionally,thisdevicehastheover-voltageandover-currentprotection,audibleandvisualalarm,islandingdetectingandprotection,anditcanrecoverautomatically.Thetestingshowsthatourdesignisfeasible.:PhotovoltaicGrid-引 方案論 總體介 產(chǎn) 規(guī)則采樣 頻率..............................................................................................................相位.............................................................................................................. 控制程 初始化模 ADC模 頻率模 相位模 中斷模 保護電 測試方案與............................................................................................................. 測試儀 測試方 頻率功 效率測 相位功 其 頻率............................................................................................................效率測 THD測 欠壓保 過流保 相位............................................................................................................參考文 附 PCB板及現(xiàn)場設(shè) 紹了采用TI公司的DSP—TMS320LF2812用于S波發(fā)生模塊的使用方法。 本設(shè)計基于TMS320F2812DSP平臺，完成了 如圖1示。 1穩(wěn)壓源來提供60V的直流電壓，使用30Ω~36Ω的滑動變阻器來調(diào)節(jié)內(nèi)阻RS。2所示，其電路簡單，使用器件少，驅(qū)動控制容易，開關(guān)損耗較少。但是直流電壓利用率低，其輸出的交流電壓最大幅值為Ud/2。方案Ⅱ：全橋逆變電路（2所示）卻能解決這個問題。其電路拓?fù)湟膊粡?fù)雜，控制也關(guān)頻率達(dá)20kHz時損耗仍很小。圖2半橋逆變電路 圖3全橋逆變電路推挽式結(jié)構(gòu)，通過主控的輸出邏輯和集成門電路控制小功率MOS管的開斷來驅(qū)動大功率若用兩片半橋MOSFET柵極集成驅(qū)動控制IR2102，可解決以上問題。該為8引腳封裝，內(nèi)部有自舉電路，允許在600V直流電壓下無需即可直接驅(qū)動同橋臂的上下兩個區(qū)時間調(diào)整后與輸入反相，最高可達(dá)40kHz。MOSFETIR21363S，其三相可獨立控制，每一相效果近似相同，通過LC濾波和變壓器之后即得到含有高次諧波的工頻電壓。S有兩種調(diào)制方式：單極式和雙極式，兩種調(diào)制方式輸出電壓的大小和頻率都是通過本設(shè)計采用了雙極性S技術(shù)來實現(xiàn)正弦波變頻控制。實現(xiàn)S有以下兩種方法：2.1.S產(chǎn)41UcUt看成不變，點(負(fù)峰點A)重合，從而使S脈沖的計算大為簡化。下面介紹有關(guān)算法。圖4生成 UC1，正弦調(diào)制信號為UtMsint,其中調(diào)制度。0M1圖4中可以看出 1Msintt2

tMsint

同步調(diào)制，載波比NfC

其中ftTC 從式(2)可知S脈沖的脈寬t2與調(diào)制度M成正比，而脈寬又決定了S脈沖序列M決定了變頻器正弦電壓的幅值。一般來說,M選取的越大，總諧波失真越M100%調(diào)制。由功率管的器件特性可一個開關(guān)頻率脈沖時間1/fs之和。同時，假定前一個脈沖的下降到這個脈沖的起始點的時間長度t和t14 t1t1/M1-2N/t1/2fs 考慮，在這里選取0.1<M<0.9。經(jīng)實驗檢驗，完全符合最大功率點（MPPT）要求。5tKTCTC*3/ =012? sintsin2fKT3TCsin21K3(=12?-1)T 4 4N過大，fc可能過高，以至于超過主電路功率開關(guān)器件的允許最高頻率，考慮，本設(shè)計中選到N為597，MOSFET開關(guān)頻率約30KHZ，完全符合要求。 圖66 16圖 內(nèi)部CPU器/SV8死區(qū)單元模塊框圖（x＝1，2ACTRx[0-1,2-,??,y9x（低有效（x＝1，3或 +比較匹 利用管理器(EVA)模塊的2個全比較單元產(chǎn)生S波形，對全比較單元編程使其的值和比較寄存器的值進行比較，當(dāng)兩個值相等時將產(chǎn)生比較匹配信號。該信號被送到信號間加入了死區(qū)，最后通過輸出邏輯產(chǎn)生波形。比較寄存器中存放的是代表脈寬1連續(xù)增減計數(shù)模式(使載波為三角波)的脈沖的寬度。在用程序計算脈寬時，要求事先知道sintTMSF2812DSP假設(shè)載波比為N，要建立0－360度的正弦函數(shù)數(shù)據(jù)表我們以sint

K

3TC

1 3

=12?-T C

4

4TT 11其發(fā)電效率，這也就是理論和實踐上的能電池陣列的最大功率點MPPT( PowerPointTracking)。能光電應(yīng)用的日益普及加速了人們對這一問題的研究。目前，國內(nèi)外已經(jīng)提出了多種MPPT算法。能電池的最大功率點算法根據(jù)判斷原理方法，MPPTRSRLUd=US/2。所以適合使用RSRLUdUd=US/2的給定值為US/2，輸入電壓Ud，相繼通過中值、平均值濾波，消除脈沖。將定時器1中斷服務(wù)程序中更新調(diào)制值。實現(xiàn)最大功率點功能。12MPPTPIDTT 百萬次采樣)。采樣速度和精度都很高，所以本系統(tǒng)中，頻率采用開環(huán)控制。首先采樣模擬電網(wǎng)電壓的正弦參考信號uREF,相繼通過中值、平均值濾波，消除脈沖。定時器2產(chǎn)生10ns的計時基準(zhǔn)（這與頻率計算的精度有關(guān)，基準(zhǔn)值越小，精度越高，此精度足以 的頻率f

t210ns圖14頻率原時基準(zhǔn)）中自加，t2用來暫存計數(shù)值，用來計算周期。TC=1/fC=1/(N*f)150M1/150MS。計數(shù)方式選擇增減計數(shù)模式。定時TC=1/fC=1/(N*f)=2*T1PR*1/150M1下溢中斷中，更新周期寄存器（寄存器）的值，并在下次計數(shù)寄存器T為零時，工作寄存器調(diào)制，載波比N不變，近而改變調(diào)制波（正弦波）頻率。15相位采用PID控制，同時反饋信號uF、正弦參考信號uREF,相繼通過中值、平均uREF,uREF此時的相位，即為給定信號與反饋信號之間的相位差ψ，以此相位差ψPID1中斷服務(wù)程序更新當(dāng)前輸出相位。如此反復(fù)，達(dá)到相位的目的。經(jīng)測試，相位差在5度以內(nèi)，調(diào)節(jié)時間在1s以內(nèi)。5ysin(x-16uFuF的幅值是隨負(fù)載變化的，所以參考值A(chǔ)2A2uFK就不會有變化，判斷功能失效。護點左右uF的幅值最小，所以取此時uF的幅值的0.7倍為佳。V2-0 18圖19相位的PID控制仿真由工頻變壓器升壓，單級功率變換，電路拓?fù)浜啙?，開關(guān)器件少，效率較高。我們采用的是工頻變壓器升壓型拓?fù)洌释ǔ？蛇_(dá)90%以上，可靠性也很高。用了20kHz的開關(guān)頻率，功率MOSFET的功耗低至溫升小于20℃而無需散熱器。逆變?nèi)珮蜉敵龅氖?0kHz的S 器的效率為80%，則其等效負(fù)荷電阻為：(R(N1)2RL1230 (

L

2

CL3.0

上述參數(shù)用Saber仿真軟件仿真得到的結(jié)果顯示其能達(dá)到很好的濾波效果，20kHz諧波可40dBTHD0.5%34uF0.5A，且以使電容減短。為提高系統(tǒng)效率，在原濾波電路的電容C1兩端再并聯(lián)LC諧振濾波支路（見圖23）。L1=1.0mHLC90kHz，取 2134uF220.1uF的CBB23本設(shè)計采用低頻逆變中常用的脈寬調(diào)制全橋逆變(23所示)，工頻變壓器用于電氣本設(shè)計采用低頻逆變中常用的脈寬調(diào)制全橋逆變(23所示)，工頻變壓器用于電氣和變壓器之后輸出工頻電壓。S S波可用信號比較電路或的集成等硬件電路生成。由于主控C2000系列數(shù)字信號處理器的運行速度快，計算能力強，內(nèi)部集成的管理器模塊的功能全，無需外填元件即可通過軟件生成S波，且精度很高。采用雙極式S控制，逆變器上下橋臂的為 IP30 RPt0.2

I 率MOSFET，其主要參數(shù)表格1所示：1IRFB4410MOSET1V用R2136其部成舉560V4410型MOSET2424IRFB4410由圖24可知，溫度為25攝氏度時，門極電壓達(dá)到5.7V時IRFB4410即完全開通，4.2V時完全關(guān)斷。設(shè)S 躍信號加于R、C串聯(lián)電，則可得：Vgs15(1

)

關(guān)斷時，當(dāng)Vg15e4.2V供電。系統(tǒng)的數(shù)字電源+5VA5VL78M05從+15V穩(wěn)壓得到，其共地端用一個磁珠電感L12分開為模擬地和數(shù)字地，如圖25所示。為DSP供電的3.3V和1.8V25的AD采樣輸入只允許0~3V的電壓信號，而需要的信號中有直流信號，也有交流信號，電壓范圍為2.7V~6.0V，公模抑制比達(dá)64dB，差模增益達(dá)90dB。樣可提高測量電路的精度。虛線左邊為加法電路，輸入電壓Vc為：Vc

AVCCUref3.3

2626所示電路相同，其可采樣的正弦電壓信號的最大峰峰0.1歐的電阻串入輸出回路，其電壓提升和濾波電路與電網(wǎng)參考電大輸出電流小于2A，測量電阻端電壓較小，故加法電路的比例改為5.1：1，則：Ic RI AVCC 10R RR R則輸入ADC2的電壓：Vi0.252Io1.62（V）27控程序統(tǒng)一調(diào)用。軟件總體框圖如28所示。系統(tǒng)軟件包含的主要功能模塊有：初始化模塊，MPPT模塊，頻率模塊，相位模塊，ADC模塊、欠壓保護模塊，過流保護模塊，定時器1模塊，定時器2模塊。 初始化模塊包括系統(tǒng)初始化、ADC模塊初始化、GPIO初始化、Time1初始化、Time2初 模塊初始化，流程圖見圖30相位圖29主函數(shù)流程 圖30初始化模塊流程ADC31RST_SEQ1=圖31ADC模塊流程 圖32最大功率流程2010t2uREF的頻率f t210ns

uREF,uREF此時的相位，即為給定信號與反饋信號之間PID1中斷服務(wù)程序更新當(dāng)前輸出相位。如此反復(fù)，達(dá)到相位的目的。經(jīng)測試，相位差在5度以內(nèi)，調(diào)節(jié)時間在1s以內(nèi)。圖33頻率模塊流程 圖34相位模塊流程濾波，消除脈沖。當(dāng)Ud<25V時，輸入欠壓保護功能啟動， 關(guān)斷MOSFET，并置輸入欠壓保護標(biāo)志Bz1=1;當(dāng)Ud恢復(fù)到30V時，有效，自恢復(fù)。由此時Ud略有上升，系統(tǒng)再次進入保護狀態(tài)，如此反復(fù)，引起系統(tǒng)震蕩。當(dāng)設(shè)置兩個不同的門坎值，帶滯回功能，可以避免在25V附近不斷開啟和關(guān)閉，避免了系統(tǒng)震蕩。 。當(dāng)IO21.52A時，輸出過流保護功能啟動 15S0，此時若不加延蕩。設(shè)置15s的延時，可以避免系統(tǒng)在故障切除前自恢復(fù)，避免了系統(tǒng)出現(xiàn)震蕩。圖35輸入欠壓保護系流程 圖36輸出過流保護流程EVA121主要用來比較產(chǎn)生。定時器21中斷服務(wù)程序開頭開總中斷， 圖37Time1中斷服務(wù)程序流程 圖38Time2中斷服務(wù)程序流程現(xiàn)。如圖39所示，POSETIVE和COM分別為輸入直流電壓Ud的正負(fù)，經(jīng)測量電阻R19和R20分壓和低通濾波器濾波后送入ADCIN0。圖39輸入欠壓保護電壓信號電MOSFET40所示，/HIN1,2,3和/LIN1,2,3IR21363S獨立的0.15A時，IR21363S即判斷為的5引腳，供DSP做后續(xù)處理。RCIN引腳外接一RC電路，用于確定故障是/FAULT引圖40輸出過流保護電流信號電信號發(fā)生器：Agilent33250A示波器：TektronixDPO4034萬用表：勝利VC9807A電源電阻：滑動變阻器(50,1.5A)相位測量：兩個波形uF和uREF的相位差用示波器的測量功能得到，直接 效率測量：穩(wěn)定運行時用萬用表同一時刻的Ud、UO1、Id、IO1的值，再根 計算出效率。THD測量：通過TektronixDPO4034示波器自帶的NILabVIEWSignalExpressTektronixEdition上位機軟件從示波器波形后，分析得到21234RSRL30時,fREFfF3RSRL30時,4TektronixDPO4034NILabVIEWSignalExpressTektronixEdition軟件從示波器波形后分析得到THD。41THD系統(tǒng)自動恢復(fù)，恢復(fù)電壓為30.00V，同時聲光取消。開始起作用，同時發(fā)出聲光，因此動作電流為1.532A。當(dāng)負(fù)載減小或故障切除后，15s后RSRL30時,uFuREF的相位差5阻性負(fù)載下的-661.9-254.6容性負(fù)載下的3371.044-3.985亮，同時蜂鳴器會發(fā)出持續(xù)的警報聲。自動恢復(fù)后，LED熄滅，蜂鳴器停止鳴叫。15s0，15s蕩。從表格2的可以得到最大功率點誤 U/2 U/2max ,d2 US/ US/ fFfREF頻 要求誤差 ，由表格3fFfREF效率已根 UO1IO1100%在表格4中計算出來，93.12%的效率不僅達(dá)到基礎(chǔ)部分要求的小于5%，但比發(fā)揮部分要求的1%稍微大一點。,

,

IO(th)0.07V,0.032A,題目要求的5°以內(nèi)，達(dá)到了相位的要求。劉和平.數(shù)字信號處理器原理、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用基礎(chǔ)——TMS320F28x[M].機械工業(yè) ，章云，謝莉拌，熊紅艷DSP控制器及其應(yīng)用[M]2機械工 .黃英暫，董勝源.TMS320口40原理與C語言控制應(yīng)用實習(xí)[M] :中國水利水電社.2003. [10]APTPOWERMOSFET1997ProductDatabook[M].October，1997.[11]吳守箴,臧英杰.電氣傳動的脈寬調(diào)制控制技術(shù)[M].:機械工業(yè),1997.[12]何耀三,唐卓堯.電氣傳動的微機控制[M]