基于數字移相器的逆變器系統相位跟蹤控制
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2 相位跟蹤開(kāi)環(huán)控制原理
開(kāi)環(huán)控制方式具有控制速度快，控制簡(jiǎn)單，穩定等優(yōu)點(diǎn)。既然逆變器的輸入輸出有確定的相位關(guān)系，那么就可以利用數字移相器的思想進(jìn)行開(kāi)環(huán)控制。
數字移相器是一個(gè)其輸入輸出信號具有確定相位關(guān)系的系統。輸入輸出信號的相位差由系統本身的傳遞函數決定，只與輸入信號的頻率有關(guān)。而逆變器實(shí)際上也是一類(lèi)移相器。當兩個(gè)系統級聯(lián)時(shí)，通過(guò)設定移相器的傳遞函數，使移相器輸入輸出信號相位差值為逆變器的相反數，那么整個(gè)級聯(lián)系統就能達到輸入輸出信號同頻同相的效果。
相位跟蹤開(kāi)環(huán)控制原理如下：SPWM信號的由一組離散正弦調制信號產(chǎn)生，相鄰元素之間相位差為固定值△，利用相位累加方式輸出信號，工作原理類(lèi)似于DDS。設每次相位增加的時(shí)間為AT，通過(guò)改變AT，就可以改變調制信號的頻率?？刂破魇紫葘﹄娋W(wǎng)電壓進(jìn)行過(guò)零捕獲，測得電網(wǎng)電壓的頻率f，并根據f算出并設置△T的值，使得逆變器輸出電流的頻率等于f。然后每當控制器檢測到電網(wǎng)電壓的過(guò)零中斷時(shí)，根據關(guān)系R：P=R(f)，重新設置調制信號的相位指針Pindex為固定初始相位P。這樣調制信號的頻率就嚴格等于電網(wǎng)電壓的頻率，避免由于頻率測量誤差引起相位累積誤差。此時(shí)，相位跟蹤誤差主要取決于SPWM的載波頻率。相位跟蹤開(kāi)環(huán)控制原理框圖如圖2所示。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/161811.htm
3 相位跟蹤開(kāi)環(huán)控制軟件實(shí)現
為了安全以及簡(jiǎn)化系統設計，實(shí)驗利用MSP430F2544單片機產(chǎn)生SPWM信號模擬光伏逆變器。MSP430F2544內部具有16 MHz DCO時(shí)鐘源，為系統主時(shí)鐘。該型號單片機還具有兩個(gè)16位定時(shí)／計數器：定時(shí)器A和定時(shí)器B，具有捕獲定時(shí)功能。電網(wǎng)電壓頻率的測量由定時(shí)器B的CCR1模塊進(jìn)行測量。時(shí)間間隔△T由定時(shí)／計數器A的CCR0模塊進(jìn)行設置。圖3為系統結構圖。
輸入的正弦波信號模擬電網(wǎng)電壓信號。由高速比較器LM311構成過(guò)零比較電路將正弦波信號整形成方波信號，然后傳送給MSP430F2544進(jìn)行捕獲。若忽略L(fǎng)M51311的延時(shí)，則方波信號的上升沿即為正弦波的相位為零的時(shí)刻點(diǎn)。實(shí)際上，過(guò)零比較電路是一個(gè)相位捕獲器。通過(guò)定時(shí)器記錄相鄰兩個(gè)上升沿的時(shí)刻點(diǎn)，算出時(shí)間差，即可推出正弦波的頻率。
后級濾波器采用單級L-C無(wú)源濾波器。濾波器的截止頻率約為500Hz，而SPWM的載波頻率約為33kHz，這樣就能使輸出正弦波失真度很小。
SPWM信號由單片機的兩個(gè)定時(shí)器控制產(chǎn)生。定時(shí)器A的CCR0控制產(chǎn)生載波頻率，而CCR1為調制值，即正弦波的離散值。定時(shí)器A設置為增計數模式，輸出設為PWM復位／置位模式。當定時(shí)器的值等于CCR1時(shí)復位，等于CCR0時(shí)置位且定時(shí)器復位并從0開(kāi)始計數?？刂贫〞r(shí)器B的CCR0產(chǎn)生正弦調制信號，每當CCR0等于定時(shí)器的值時(shí)單片機產(chǎn)生中斷，根據相位指針Pindex將下一個(gè)正弦波的離散值寫(xiě)入定時(shí)器A的CCR1，這樣輸出正弦波的相位就增加一個(gè)△。只要改變定時(shí)器B的CCR0的值輸出正弦波的頻率就會(huì )發(fā)生改變。電網(wǎng)電壓的過(guò)零脈沖信號由定時(shí)器B的CCR1進(jìn)行捕獲，由兩級堆棧TB計算電網(wǎng)電壓的頻率f，并將相應的值寫(xiě)入定時(shí)器B的CCR0寄存器中。在每一個(gè)過(guò)零中斷到來(lái)時(shí)，根據頻率f與關(guān)系R：P=R(f)算出初始相位，并賦給相位指針Pindex，這樣輸出正弦波的相位就等于電網(wǎng)電壓的相位。圖4為相位跟蹤開(kāi)環(huán)控制的軟件流程圖。
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