2.2.2 DC/AC逆变器控制方案
DC/AC逆变器是光伏并网的重点和难点,因此以下将着重阐述该部分。DC/AC逆变器控制框图如图5所示。核心控制芯片采用了TI公司的 TMS320F240。尽管单片机也能实现并网逆变器的脉宽调制,但是DSP实时处理能力更强大,因此可以保证系统有更高的开关工作频率。从图5可以清楚看出系统输入和输出信号的情况。
图5 DC/AC逆变器的控制框图 3 输出功率优化控制方案
在静态情况下,当并网逆变器与太阳能电池相连时,并网逆变器可等效为太阳能电池的负载电阻。当光强λ和温度T变化时,太阳能电池输出的端电压将会随之发生变化。为了有效地利用太阳能,应使太阳能电池的输出始终处于适当的工作点。因此,控制方案要求当太阳能电池的电压升高时,可以增大它的输出功率;反之就降低它的输出功率。
图6 DSP的控制方案 DSP的控制方案如图6所示,参考电压和太阳能电池的实际电压相比较后,其误差经过PI调节,将得到的电流指令(直流量)IREF与ROM里的正弦表值相乘,就得到交变的输出电流指令iref,再将它与实际的输出电流值比较后,其误差经过比例(P)环节,将所得到的指令取反,与采集到的交流侧电压Us相加后,所得到的波形再与三角波比较,就产生4路PWM调制信号(三角波的频率为20kHz)。
4 交流侧电压Us的检测
将同步变压器副边的同步信号,滤波、整流,就可以得到比较稳定的直流电,将其送到DSP的A/D转换口。由于最后得到的直流电压与电网电压有一个比较稳定的关系,因此,就比较容易换算Us的值了。
图7 Us的整流电路 由于涉及到共地的问题,因此,采用了运算放大器的全波精密整流电路,如图7所示。
5 电流指令的同步 并网时要求逆变器输出的正弦波电流与电网电压同频、同相。首先,将电网电压信号经过滤波整形为同步方波信号,再将其输入到TMS320F240的外部中断口XINT1,目的是为了捕捉电网电压的过零信号。如图8所示,电网电压正弦波,经过整形后就得到了方波。
图8 同步信号波形 当DSP检测到过零信号的上跳沿时,便触发同步中断,以此时间点作为基准给定正弦波信号时间起点,也就是正弦表指针复位到零;每当T1下溢中断(PWM实时控制)时,正弦表指针便加1,并从正弦表中取值。一个周期的单位正弦波数据被分成了400个点采用表的形式存放在存储器中。由于同步信号比较容易受到谐波和尖峰电压的干扰,因此在进入同步中断后可以先做一个延时,判断外部中断脚XINT1是否仍然是高电平,如果是高电平,就执行中断程序,否则就从中断程序跳出。
从图6的控制方案可看出,IREF与正弦表中数据相乘后,便形成了幅值可调的正弦波的电流给定信号,然后,再实时比较电流给定值,经过P环节后,所得信号反相后,与采集到的交流侧电网电压信号Us相加,所得波形与三角波比较,就产生了PWM波,控制桥臂的通断。总之,输出电流和电网电压的同频、同相的要求是通过电流跟踪控制实现的。
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