南京航空航天大学_光伏并网发电模拟装置_崔益军 ㊣ 精品文档 值得下载

尤其较高功率输出的情况得到十分广泛的应用。

此外全 桥逆变电路由于桥臂输出电压存在零电压的续流状态，可实现倍频，在较低的开关频率下，可 以获得更好的谐波控制。

逆变系统主控制器选择 随着逆变器要求的不断提高，传统的模拟控制型正弦波逆变器由于其固有的缺点已渐渐不 能满足要求同时，随着各种高性能微处理器的出现，逆变器的全数字控制已成为现实。

为了 能够实现复杂的控制策略，提高系统抗干扰能力及可靠性，使产品具有优良的致性，方便产 品后续升级，逆变器采用全数字的控制方式。

为了克服数字控制方式存在的缺点，在数字控制处理器的选择时充分考虑处理器运算处理 能力处理器字长采样精度以及采样速度通信接口等诸多因素。

综合以上各方面因素 后，逆变器数字控制的主控制器选用公司的数字信号处理器。

是公司推出的位定点数字信号处理器，处理速度可达。

该处理 器还集成了的存储器和位的密码保护机制，大大改善了应用的灵活性。

片上 集成了两个强大的事件管理器模块，用于产生电机控制及逆变器控制所需要的信号， 并内含死区发生器和保护逻辑同时处理器片上还集成了通道高性能位单元，最高 采样率达，提供了两个采样保持电路，可以实现双通道信号同步采样。

同时具有丰富 的通信接口，完全符合逆变器数字控制的各方面要求。

主要有以下特点 采用高性能的静态技术，低功耗设计，编程电压为 支持边界扫描接口 高性能的位，位和位的乘法累加操作位的双乘法累加器，哈 佛总线结构，统寻址模式和高效的代码转换功能支持和汇编 位的存储器和最多达位的片上 三个外部中断口，外设中断扩展模块支持个外设中断，三个定时器 位保护密码，可以防止系统固件被盗取 位通道模块，最快转换周期为低频输 出基频，另个桥臂始终为高频载波频率，而是每半个输出电压周期切换工作，即同个 桥臂在前半个周期工作在低频，而下个半周则工作在高频，这样可以使两个桥臂的功率管工作 状态均衡，可使全桥的四个功率管使用寿命均衡，有利于增加系统的可靠性。

方式的工作过程为在输出电压的正半周，桥臂低频互补，常通，关断 桥臂高频脉宽调制，互补开关。

而在输出电压的负半周内，两桥臂的工作状态互换，即 桥臂低频互补，常通，关断，桥臂高频脉宽调制，互补开关。

对于每个桥臂而言，每 半个输出电压的周期切换次，交替处于高低频工作状态，两桥臂工作状态均衡，且对于输出 电压的正负半周对称。

逆变桥的两个桥臂分别通过三角载波与关于零电平对称的正弦调制信 号相交截分开调制。

四只功率管的驱动信号及逆变桥输出如图所示。

图生成机制 硬件电路设计 采样调理电路设计 为了实现闭环控制，必须对系统各部分运行参数进行全面的检测，对各种信号进行及时的 采样。

光伏发电系统逆变器的运行信号包括逆变器输出电压有效值输出电压频率输出电感 电流以及直流母线输入电压等。

采样调理电路必须对这些信号进行有效的预处理，使之符合 数字控制部分的输入幅值要求，以方便数字控制部分根据相应的反馈信号，采用合适的算法实 现有效的闭环控制。

电压电流信号采样 电压信号采样对电压量的采样选用电压传感器，它的原边与副边是绝缘的，额定 测量电压为，原边额定电流为，原副边转换率为，具有出色的精 度和线性度抗外界干扰能力强温漂低共模抑制比强反应时间快频带宽等特点， 非常适用于逆变电源系统。

电压采样电路如图所示。

电流信号采样对电流量的采样选用霍尔电流传感器。

它是应用霍尔效应原理 的新代电流传感器，能在电隔离条件下测量直流交流脉冲以及各种不规则波形的电 流。

它的额定测量电流达，原副边匝数比为。

具有高精度高线性度低温 漂抗干扰能力强等优点，广泛的应用于逆变器系统中。

电流采样电路如图所示。

电压电流信号调理 逆变器的数字控制部分选用公司的数字信号处理器，该处理器内部集成的 转换器允许输入电压范围是，因此必须要先对采样信号进行调理才能输入到处理器 的采样单元。

图的电压采样电路 图的电流采样电路 电压电流信号调理电压信号调理电路如图所示。

输出电压经过电压采样后， 输出幅值范围为，经第级运放，信号幅值范围缩小倍，变为。

再经第二级运放的加法运算，使信号整体抬升，幅值范围变为，进入 的采样引脚。

输入电压的调理电路以及输出电感电流的调理电路与之类似。

输出电压频率捕获根据指标要求，输出交流电压信号必须为标准的正弦信号，因此 需要采样输出电压的频率，以便有效地监控输出电压频率。

频率捕获电路如图所示。

前级运放对采样信号进行衰减，衰减后的信号通过后级的过零比较器，得到相应的频 率捕获信号，并将信号送入的捕获引脚。

图信号调理电路 图输出电压频率捕获电路 输出电压频率捕获 驱动保护电路设计 驱动电路 驱动电路的作用是将控制电路输出的脉冲放大到足以驱动功率管，所以单从原理上来 说，驱动电路主要起开关功率放大作用，即脉冲放大器。

同时驱动电路还用来解决控制电路与 主电路之间的隔离。

般采用光电耦合器来实现隔离。

本文采用光耦芯片进行隔离， 它除具有电气隔离的功能外，内部还带有图腾柱驱动电路，最小峰值驱动电流达，能够直接 实现隔离驱动。

驱动电路原理图如图所示。

由于稳压二极管及电容 的稳压作用，的电平始终保持为，当光耦的输入端为高电平时， 电平值约为，此时加到开关管的电压为，可以使有效的开通， 当光耦的输入端为低电平时，为，此时加到开关管的电压为， 为开关管提供负电压，使之有效关断。

全桥逆变器的四个均采用如下图所示的驱动电路， 实现相互隔离的四路驱动信号输出。

图驱动电路 硬件保护电路 硬件保护电路是交直流电源的重要组成部分，本逆变器系统主要由输入过压保护输出过 流保护组成。

其基本原理类似，都是通过上述的采样电路采样相应的信号量，在进行幅值上的 衰减后与设定的阈值比较，超过此电压阈值就保护。

具体电路如图及图所示，前级 对信号进行衰减，然后通过二极管峰值检波电路，取得信号的峰值，与相应的阈值比较，产生 保护信号。

为了使系统安全运行，产生保护信号后，应立即锁存该信号，同时关断全桥逆变器 的四个管，保护信号锁存电路如图所示。

产生最终保护锁存信号，通过逻辑门，关闭 上述驱动电路的驱动信号，从而使全桥逆变器的四个有效关断。

图输出电流保护电路 输出电流保护信号 参赛项目报告命题组 题目基于的光伏发电逆变系统 学校南京航空航天大学 指导教师王成华教授洪峰讲师 参赛队成员名单含个人教育简历 崔益军本科生南京航空航天大学 胡超本科生南京航空航天大学 丁娇本科生南京航空航天大学 基于的光伏发电逆变系统 崔益军胡超丁娇 南京航空航天大学信息科学与技术学院邮编 摘要整个光伏发电逆变系统确定采用全桥作为逆变器的拓扑结构给出基于双闭 环控制的系统传递函数，通过比较选择单极性混合正弦脉宽调制作为逆变器的调制 方式并在软件下验证了整体设计方案的可行性。

整个系统的硬件部分包 括主电路驱动电路采样调理电路和保护电路，以及数字控制系统的硬件电路。

基于平台的逆变器软件设计则包括双闭环控制策略的数字实现以 及的数字生成和的软件校正等。

最后的作品测试结果表明，逆变器的 输出功率系统效率波形负载调整率等各项指标均满足要求，系统具有优 异的稳态性能和动态性能。

关键词逆变器闭环控制策略， ， ， ， ， ，引言 该设计装置模拟光伏并网发电，主要由主电路控制电路采样调理电路驱动保护电路 辅助电源等部分组成。

逆变器控制采用混合脉宽调制方式，很好地降低了开关损耗。

系统的数字处理模块采用了具有高处理速度低功耗的芯片。

采用控制策略进 行逆变系统的控制，参数设置简单，易整定。

系统能够实现最大功率点的跟踪，具有欠压保护 过流保护以及相位跟踪等功能，并在过流欠压故障排除后能自动恢复正常状态。

滤 波 器 控制电路 图并网发电模拟装置框图 系统指标 并网发电模拟装置框图如图所示 基本要求 具有最大功率点跟踪功能和在给定范围内变化时，使  ， 相对偏差的绝对值不大于。

具有频率跟踪功能当在给定范围内变化时，使的频率，相对偏差绝 对值不大于。

当时，变换器的效率。

当时，输出电压的失真度。

具有输入欠压保护功能，动作电压。

具有输出过流保护功能，动作电流。

发挥部分 提高变换器的效率，使时。

降低输