单级式光伏并网逆变器的DSP数字控制系统设计

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1、单级式光伏并网逆变器的DSP数字控制系统设计谢茂军1，刘思佳1，李勇芝2（1．西南交通大学电气工程学院，四川省成都市610031；2．四川省电力公司乐山夹江供电局，四川省乐山市614100）摘要：单级式光伏并网逆变器具有转换效率高、体积小、成本低等优点，但在控制实现上却较为复杂，对太阳能电池的最大功率跟踪和输出电流正弦度及单位功率因素化的控制目标须同时得到保证。结合单同步坐标系软件锁相环和空间矢量脉宽调制算法，详细地阐述了数字控制系统的设计，针对其中的电压电流双闭环控制结构和前馈解耦控制策略进行着重分析。搭建光伏并网逆变器实

2、验平台，采用TMS320F2812数字信号处理器作为核心芯片对数字控制系统加以实现，实验结果表明控制系统具有较高的控制精度和较好的控制性能。关键字：单级式并网逆变器；锁相环；空间矢量脉宽调制；双闭环；前馈解耦DesignofSingle-Stategrid-tiedPhotovoltaicInverterControlsystemBasedonDSPXieMao-jun，LiuSi-jia，LiYong-zhi，Abstract:Single-stategrid-tiedphotovoltaic(PV)inverterhas

3、advantagesuchashighefficiency,smallcubage,andlowcost,butismorecomplexincontrolsystem,consideringwithmaximumpowerpointtracking(MPPT)andtheobjectiveoflowoutputcurrentharmonicsandunitypowerfactorarerealizedsimultaneously.Detailedthedesignofdigitalcontrolsystemwithsing

4、lesynchronousreferenceframesoftwarephaselocked-loop(SSRF-SPLL)andspacevectorpulsewidthmodulation(SVPWM),andanalyzedthevoltage-currentdualclosed-loopandfeed-forwarddecouplingcontrolstrategy.TheresultsonexperimentalplatformofPVgrid-tiedinverterwiththeTMS320F2812contr

5、ollerareprovidedtoverifythecontrolsystempossessofhighcontrolprecisionandcontrolperformance.Keyword:single-stategrid-tiedPVinverter;SPLL;SVPWM;dualclose-loop;feed-forwarddecoupling0引言根据文献[1]阐述，中国将在近几年内加大对光伏产业的投入，至2015年，太阳能发电装机容量预计达到21GW，将增至目前装机容量的7倍。该文献表明光伏并网逆变器将迎来其

6、商业春天。而对光伏并网，文献[2]Error!Referencesourcenotfound.提出严格的技术要求，单位功率因素正弦电流输出，且总电流谐波量不超过5%。这些要求使得控制系统在满足控制性能同时，还需具备谐波抑制能力。单级并网型逆变器在拓扑结构上只有一个能量变换结构，较多级式而言不仅能减小系统体积和重量，降低造价成本，还可提高系统效率，但就控制而言，在保证跟踪到太阳能电池最大功率点的同时，还要确保对电网输送电流的正弦度标准，因此控制系统实现较为复杂[3]。随着稳定性高、处理速度快、运算精度高的数字信号处理器的出现，

7、复杂控制系统的实现难点已然被克服，也使得单级式光伏并网逆变器被广泛应用。1主电路拓扑结构图1是单级隔离式光伏并网逆变器的主电路结构，该电路主要由直流侧滤波电容Cdc、逆变功率开关管T1~T6、滤波电感L、起隔离升压作用的变压器T及并网开关MC组成。图1单级隔离式光伏并网逆变器主电路2控制系统控制系统由完成采样数据处理、坐标变换、电网电压锁相组成的数字运算模块，对电压电流进行调节的双环控制模块及PWM产生模块构成，控制框图如图2所示。图2控制系统框图2.1数字运算为降低采样过程中引入的高次谐波，采用瞬时同步采样法[5],[6]

8、对模拟量进行提取。在采样完成之后，进行坐标变换、数字滤波、锁相环三个部分的数字运算。坐标变换将静止坐标系下的三相交流量转换为静止坐标系的两相交流量，再转换到同步旋转坐标系下的直流量[7]，可方便地使用PI调节器实现对被控量的无静差跟踪控制。等量变换的坐标变换公式由式(1)和式(2)给出。(