基于DSP生成SVPWM在逆變電源中的應用

本文描述一個(gè)應用于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統，采用直接電流控制的三相電壓源型PWM并網(wǎng)逆變器的設計過(guò)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設計了原型樣機。最后的實(shí)驗結果表明采用PWM控制的逆變器適合應用于中小型功率光伏并網(wǎng)發(fā)電系統，且有廣泛的應用前景。

　　1 光伏并網(wǎng)

　　發(fā)電系統組成

　　光伏并網(wǎng)發(fā)電系統主要由太陽(yáng)能電池板(即光伏陣列)，并網(wǎng)逆變器,濾波電抗器和DSP控制電路構成。整個(gè)系統的結構如圖1所示。

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

　　整個(gè)系統能量的變換和傳遞過(guò)程，是利用IPM模塊構成的并網(wǎng)逆變器路來(lái)實(shí)現的，而并網(wǎng)逆變器的控制則是通過(guò)DSP生成驅動(dòng)主電路的PWM信號來(lái)完成。

　　2 并網(wǎng)逆變器控制原理

　　根據光伏并網(wǎng)發(fā)電系統的工作原理可知，并網(wǎng)逆變器是整個(gè)并網(wǎng)發(fā)電系統的核心裝置，并網(wǎng)逆變器的性能決定著(zhù)整個(gè)系統的性能。針對圖l所示的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統,本文所設計的并網(wǎng)逆變器采用三相半橋逆變器拓撲結構，其結構如圖2所示。

　　并網(wǎng)逆變器交流側所輸出的電壓電流信號滿(mǎn)足下列方程式

　　上述模型中L代表交流側電感參數，R為電感中的寄生電阻，由于電感等效阻抗遠大于電阻阻值，在系統設計過(guò)程中R對調節器設計影響可以忽略。

　　根據三相電壓源型PWM并網(wǎng)逆變器的數學(xué)模型，可知并網(wǎng)逆變器通過(guò)控制三相電壓源型逆變器橋臂輸出電壓來(lái)控制輸出電流，在控制輸出電流得同時(shí)，為提高光伏并網(wǎng)逆變系統發(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，在相應的光伏并網(wǎng)逆變器裝置控制系統中引入了最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)技術(shù)。

　　圖2所示為并網(wǎng)逆變器控制結構。從圖2中可知并網(wǎng)逆變器控制結構的外環(huán)為功率環(huán)，采用自尋優(yōu)MPPT算法。自尋優(yōu)算法通過(guò)采樣當前逆變器裝置的輸出電壓電流信號計算出當前時(shí)刻的輸出功率，再與前一時(shí)刻所計算出的輸出功率進(jìn)行比較，根據輸出功率的大小不斷調整并網(wǎng)逆變器的工作點(diǎn)，最終使得并網(wǎng)逆變器的工作點(diǎn)沿著(zhù)光伏陣列最大功率曲線(xiàn)變化。逆變器根據MPPT算法計算出的光伏陣列在此功率點(diǎn)下直流電壓環(huán)指令信號，電壓環(huán)的誤差信號經(jīng)由PI調節器環(huán)節后輸出電流環(huán)幅值指令，幅值指令與電網(wǎng)電壓的同步信號相乘作為電流環(huán)的同步指令信號，系統的輸出電流由電流誤差和內環(huán)比例調節器控制，電流環(huán)的增益決定著(zhù)系統輸出電流能否準確跟蹤指令信號，同時(shí)決定光伏并網(wǎng)系統能否以單位功率因數實(shí)現最大功率并網(wǎng)發(fā)電。