太陽(yáng)能并網(wǎng)逆變器控制單元的設(shè)計(jì)-軟件部分【畢業(yè)設(shè)計(jì)】

1、<p><b>　　（20_ _屆）</b></p><p><b>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　太陽(yáng)能并網(wǎng)逆變器控制單元的設(shè)計(jì)-軟件部分</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 測(cè)

2、控技術(shù)與儀器 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b>&

3、lt;/p><p>　　隨著世界能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)重，開(kāi)發(fā)可再生能源和各種綠色能源越來(lái)越被人們重視。隨著電力電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，太陽(yáng)能光伏發(fā)電不斷向低成本，高效率和高功率密度方向發(fā)展，高性能數(shù)字信號(hào)處理芯片DSP的出現(xiàn)，使得一些先進(jìn)的控制策略應(yīng)用于光伏并網(wǎng)控制。</p><p>　　本論文研究太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)控制算法，從逆變器的開(kāi)關(guān)損耗、波形失真度、電壓利用率角度出發(fā)，對(duì)正弦脈寬調(diào)

4、制SPWM（Sine Pulse Width Modulation）和空間矢量脈寬調(diào)制SVPWM（Space Vector Pulse Width Modulation）進(jìn)行深入研究。</p><p>　　本論文首先詳細(xì)分析了對(duì)稱規(guī)則采樣產(chǎn)生SPWM波的算法，以DSP芯片TMS320F2812為控制器，給出了SPWM波的實(shí)現(xiàn)方法。通過(guò)軟件調(diào)試，得到了正確的波形，驗(yàn)證了該算法的可行性。</p><

5、;p>　　論文隨后詳細(xì)分析了空間矢量脈寬調(diào)制SVPWM波的算法，同樣是以DSP芯片TMS320F2812為控制器，給出了SVPWM波的實(shí)現(xiàn)方法。在CCS的編譯環(huán)境下調(diào)試編譯通過(guò)，得到了正確的波形，驗(yàn)證了算法。</p><p>　　最后，對(duì)上述兩種算法進(jìn)行了比較，總結(jié)兩種算法的優(yōu)缺點(diǎn)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：光伏逆變，TMS320F2812，SPWM,SVPWM</p>

6、;<p>　　Grid Integration of Photovoltaic Solar Energy control unit design- Software components</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　As the world energy crisis and growing environm

7、ental problems, development of renewable energy and a variety of green energy has been growing attention. With the continuous advancement of power electronics, solar photovoltaic power generation to keep the low-cost, hi

8、gh efficiency and high power density.High-performance digital signal processing chip DSP making a number of advanced control strategies used in photovoltaic grid control.</p><p>　　This paper is consider the

9、inverter switching losses, waveform distortion, voltage utilization tostudy solar photovoltaic power generation system control algorithms SPWM（Sine Pulse Width Modulation）and SVPWM（Space Vector Pulse Width Modulation）.&l

10、t;/p><p>　　Firstly ,this paper describe symmetrical regular sampling produce SPWM wave, TMS320F2812 DSP chip to the controller, SPWM wave is given realization. Though software debugging, waveform obtained the r

11、ight to verify the feasibility of the algorithm.</p><p>　　Secondly,this paper describe Space Vector Pulse Width Modulation, TMS320F2812 DSP chip to the controller, though software debugging, waveform obtaine

12、d the right to verify the feasibility of the algorithm.</p><p>　　Last but not least,compared two algorithms and summed up the advantages and disadvantages.</p><p>　　Keywords: Photovoltaic Invert

13、er , TMS320F2812，SPWM,SVPWM</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p&g

14、t;　　1.1課題的背景及意義1</p><p>　　1.2太陽(yáng)能光伏逆變發(fā)展現(xiàn)狀2</p><p>　　1.2.1 太陽(yáng)能逆變器的研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.2.2控制芯片的現(xiàn)狀2</p><p>　　1.2.3 控制策略的研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3課題研究的主要內(nèi)容3</p&g

15、t;<p>　　2逆變器控制部分的SPWM的軟件實(shí)現(xiàn)4</p><p>　　2.1 SPWM技術(shù)的原理4</p><p>　　2.2 SPWM波的算法分析4</p><p>　　2.3 SPWM波總體設(shè)計(jì)5</p><p>　　3逆變器控制部分的SVPWM的軟件實(shí)現(xiàn)9</p><p>　　3.1

16、 SVPWM技術(shù)的原理9</p><p>　　3.2 SVPWM控制算法14</p><p>　　3.2.1 合成矢量US所處的扇區(qū)N判斷14</p><p>　　3.2.2 基本矢量的作用時(shí)間計(jì)算和三相PWM波形的合成15</p><p>　　3.3 SVPWM波整體設(shè)計(jì)17</p><p>　　4 SPW

17、M與SVPWM的比較25</p><p><b>　　結(jié)論26</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)27</b></p><p>　　致謝錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1課題的背

18、景及意義</p><p>　　在人類數(shù)千年的生產(chǎn)生活中，化石能源作為人們最主要的能源已被人們消耗了相當(dāng)比例，特別是工業(yè)革命以來(lái)，化石燃料的消費(fèi)急劇增大，隨著煤、石油、天然氣等人類社會(huì)最主要的能源的日益枯竭并且未來(lái)世界對(duì)能源消耗將持續(xù)增長(zhǎng)，終有一天這些能源不能滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的需求【1】【2】。</p><p>　　此外，人類肆無(wú)忌憚的使用化石燃料給人類生存環(huán)境帶來(lái)了嚴(yán)重的后果。眾所周知，化

19、石燃料的燃燒會(huì)排放大量的溫室氣體進(jìn)而引發(fā)溫室效應(yīng)使全球氣候變暖兩極冰山融化，致使海平面上升，嚴(yán)重影響人類的生存發(fā)展。在化石能源日益枯竭、環(huán)境污染日益嚴(yán)重的背景下，尋找一種可持續(xù)發(fā)展并且無(wú)污染新能源已成為全球最關(guān)心的問(wèn)題之一。太陽(yáng)能作為一種真正的無(wú)污染、取之不盡用之不竭的綠色能源越來(lái)越得到人們的重視，各種以太陽(yáng)能為依托的開(kāi)發(fā)利用技術(shù)得以迅速的發(fā)展，其中光伏發(fā)電成為重要的研究領(lǐng)域。</p><p>　　利用太陽(yáng)能光伏

20、發(fā)電具有：（1）無(wú)污染、取之不盡用之不竭。（2）資源的普遍性：基本上不受地區(qū)的限制，只有豐富與欠豐富之別。（4）使用靈活，既可以離網(wǎng)使用也可以并網(wǎng)使用。（5）分布式電力系統(tǒng)：提高了整個(gè)能源系統(tǒng)的電能質(zhì)量和可靠性。（6）可以在負(fù)荷中心建立電源支點(diǎn)，降低電網(wǎng)線損。基于這些優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越多資金和人力進(jìn)入光伏行業(yè)[1,2]。</p><p>　　光伏發(fā)電系統(tǒng)一般是由光伏電池陣列、逆變器、控制器、支架、輸配電纜、開(kāi)光、熔斷器

21、等一整套“平衡系統(tǒng)”（配套系統(tǒng)）組成【3】。其中，逆變器的任務(wù)是控制光伏陣列運(yùn)行于最大功率點(diǎn)(MPPT)和向電網(wǎng)注入正弦電流?？刂破鞯娜蝿?wù)是控制光伏電池最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）、控制逆變器的并網(wǎng)功率和電流波形，使向電網(wǎng)傳送的功率與光伏陣列模塊所發(fā)的最大電能功率相平衡【1】。</p><p>　　光伏電池的輸出電壓是直流，必須通過(guò)逆變器變換為交流才可以并網(wǎng)連接電網(wǎng)。逆變器是光伏供電系統(tǒng)最為關(guān)鍵的裝置，它的效率高低

22、不僅影響著光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出電能質(zhì)量與運(yùn)行效率，而且還影響著系統(tǒng)各級(jí)的電氣設(shè)備功耗和投資【3】。國(guó)內(nèi)外的專家學(xué)者一直致力于結(jié)構(gòu)靈活、高能量傳輸、低成本的太陽(yáng)能并網(wǎng)逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和算法的研究，使太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)能高效運(yùn)行。</p><p>　　1.2太陽(yáng)能光伏逆變發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　1.2.1 太陽(yáng)能逆變器的研究現(xiàn)狀</p><p>　　并網(wǎng)逆變器作為

23、光伏電池與電網(wǎng)的接口裝置，將光伏電池的直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能并傳輸?shù)焦秒娋W(wǎng)上。在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的中，逆變器起著至關(guān)重要的作用?，F(xiàn)代逆變技術(shù)為光伏并網(wǎng)發(fā)電的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的技術(shù)和理論支持。并網(wǎng)逆變器正朝著高轉(zhuǎn)換效率，高功率密度、高可靠性、智能化的方向發(fā)展。逆變技術(shù)的發(fā)展與功率器件及其控制技術(shù)的發(fā)展緊密聯(lián)結(jié)在一起，一般將其發(fā)展分為五個(gè)階段。第一階段：20世紀(jì)50-60年代，晶閘管SCR的誕生為正弦波逆變器的發(fā)展創(chuàng)造了條件。第二階段：2

24、0世紀(jì)70年代，可關(guān)斷晶閘管GTO及雙極型晶體管BJT的問(wèn)世，使得逆變技術(shù)得到發(fā)展和應(yīng)用。第三個(gè)階段：20世紀(jì)80年代，功率場(chǎng)效應(yīng)管、絕緣棚型晶體管。MOS控制晶閘管等功率器件的誕生為逆變器向大容量方向發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。第四階段：20世紀(jì)90年代，微電子技術(shù)的發(fā)展使新的控制技術(shù)如矢量控制技術(shù)、多電平變換技術(shù)、重復(fù)控制、模糊控制等技術(shù)在逆變領(lǐng)域的應(yīng)用，極大的促進(jìn)了逆變技術(shù)的發(fā)展。第五階段：21世紀(jì)初，逆變技術(shù)的發(fā)展隨著電力電子技術(shù)、微電子技

25、術(shù)和現(xiàn)代控制理論的發(fā)展不斷的改進(jìn)，正向高頻化、高效率、高功率密度、高可靠性、智能化的方向發(fā)展【6】。</p><p>　　1.2.2控制芯片的現(xiàn)狀</p><p>　　隨著半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展，功率器件大部分采用了IGBT，而且先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理器DSP也引入到控制系統(tǒng)中，極大的促進(jìn)了逆變技術(shù)的發(fā)展。世界上的DSP芯片的生產(chǎn)廠家主要有TI公司、AD公司及Motorola公司等，這些廠家生產(chǎn)出來(lái)

26、的DSP主要有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)[8]：1）靈活的指令集。2）內(nèi)在操作的靈活性。3）高速運(yùn)算能力。4）并行的運(yùn)算結(jié)構(gòu)。5）功耗低。目前，TI公司的主要分為3個(gè)系列：1）TMS320C2000系列，包括C20X、C24X、C24XX、C28X等，主要應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)。2）TMS320C5000系列，包括C54X、C55X等，主要應(yīng)用于便攜式無(wú)線終端系統(tǒng)的產(chǎn)品。3）TMS320C6000系列，包括C62X、C64X、C67X等，主要應(yīng)用于高性能

27、、低功耗的復(fù)雜的通信系統(tǒng)或其它一些高端應(yīng)用等。</p><p>　　1.2.3 控制策略的研究現(xiàn)狀</p><p>　　在控制策略方面目前主要有以下幾種【9】：1）電流瞬間值控制，2）雙閉環(huán)控制，3）SVPWM控制策略，4）無(wú)差拍控制，5）多變量狀態(tài)反饋控制，6）滑?？刂疲?）重復(fù)控制技術(shù)，8）單周控制。除了以上幾種控制方法外，還有神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制，模糊控制，廣義預(yù)測(cè)控制等，作為不需要建立模

28、型的控制策略，在發(fā)揮數(shù)字控制的優(yōu)勢(shì)方面都具有各自特點(diǎn)，但是目前實(shí)際應(yīng)用還比較少，大部分處于理論研究階段。</p><p>　　1.3課題研究的主要內(nèi)容</p><p>　　在傳統(tǒng)能源緊缺環(huán)境污染嚴(yán)重的背景下，人們?cè)絹?lái)越重視研究和發(fā)展可在生能源發(fā)電技術(shù)。太陽(yáng)能光伏發(fā)電以其眾多的優(yōu)點(diǎn)，深深吸引著眾多的研究者從事這方面的研究。太陽(yáng)能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化結(jié)構(gòu)和高效率的控制策略的結(jié)合使，光伏系統(tǒng)對(duì)太陽(yáng)

29、能的利用率越來(lái)越高。逆變器是連接光伏陣列模塊和電網(wǎng)的關(guān)鍵部件。本論文主要描述使用TI公司的DSP芯片TMS320F2812實(shí)現(xiàn)軟件逆變。</p><p>　　本論文從以下幾個(gè)方面進(jìn)行討論：</p><p>　　太陽(yáng)能光伏發(fā)電逆變器、控制策略的發(fā)展。</p><p>　　描述SPWM的原理與算法并在CCS環(huán)境下編譯驗(yàn)證。</p><p>　　描

30、述SVPWM的原理與算法并在CCS環(huán)境下編譯驗(yàn)證。</p><p>　　對(duì)上述兩種算法進(jìn)行了比較，總結(jié)兩種算法的優(yōu)缺點(diǎn)</p><p>　　2逆變器控制部分的SPWM的軟件實(shí)現(xiàn)</p><p>　　2.1 SPWM技術(shù)的原理【10】【11】</p><p>　　PWM的全稱是Pulse Width Modulation（脈沖寬度調(diào)制），它是通

31、過(guò)改變輸出方波的占空比來(lái)改變等效的輸出電壓。所謂SPWM，就是在PWM的基礎(chǔ)上改變了調(diào)制脈沖方式，脈沖寬度時(shí)間占空比按正弦規(guī)率排列，這樣輸出波形經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臑V波可以做到正弦波輸出。</p><p>　　產(chǎn)生SPWM的原理是：用一組等腰三角形與一個(gè)正弦波進(jìn)行比較，其交點(diǎn)就是開(kāi)關(guān)管“開(kāi)”或“關(guān)”的時(shí)刻，這組等腰三角形波稱為載波，而正弦波稱為調(diào)制波，如圖1所示。</p><p>　　圖1 SPWM

32、波生成方法（5號(hào)字體）</p><p>　　2.2 SPWM波的算法分析</p><p>　　本文SPWM逆變電源采用對(duì)稱規(guī)則采樣，其原理是用三角波對(duì)正弦波進(jìn)行采樣得到階梯波，在以階梯波形與三角波的交點(diǎn)時(shí)刻控制開(kāi)關(guān)器件的通斷從而實(shí)現(xiàn)SPWM波。SPWM波對(duì)稱規(guī)則，每個(gè)脈沖的中點(diǎn)都與相應(yīng)的三角波中點(diǎn)對(duì)稱。如圖2所示，在三角波的負(fù)峰時(shí)對(duì)正弦調(diào)制采樣得TP，對(duì)正弦波采樣得到E點(diǎn)，E點(diǎn)作水平直線與

33、三角波分別交與A點(diǎn)和B點(diǎn)，在A點(diǎn)和B點(diǎn)控制功率器件的通斷。</p><p>　　圖2 SPWM對(duì)稱規(guī)則采樣圖</p><p>　　2.3 SPWM波總體設(shè)計(jì)</p><p>　?。?） 程序整體的思路</p><p>　　本程序利用TI公司推出的高速數(shù)字信號(hào)處理芯片TMS320F2812的EVA和EVB模塊，定時(shí)器T1、T2、T3、T4處于

34、連續(xù)遞增/遞減模式，計(jì)數(shù)寄存器的數(shù)值變化軌跡就是等腰三角形，也就相當(dāng)于產(chǎn)生了一系列的等腰三角形，當(dāng)比較寄存器EvaRegs.CMPRx(x=1、2、3)和EvbRegs.CMPRx（x=4、5、6）與計(jì)數(shù)寄存器的數(shù)值相等時(shí)，對(duì)應(yīng)的引腳PWMx（x=1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12）上的電平會(huì)產(chǎn)生跳變，從而產(chǎn)生一系列占空比不同的方波。這些方波的寬度與比較寄存器的值一一對(duì)應(yīng)，所以只要比較寄存器的值按照正弦的規(guī)律變化，就可

35、以得到SPWM波形。</p><p><b>　　（2）程序流程圖</b></p><p>　　程序主要有主程序和定時(shí)器下溢中斷子程序組成，主程序的任務(wù)是系統(tǒng)的初始化和產(chǎn)生一個(gè)正弦半波數(shù)組列表，并且它是一個(gè)無(wú)限循環(huán)結(jié)構(gòu)。定時(shí)器下溢中斷子程序的主要功能是為比較寄存器賦新值。流程圖如圖3所示.</p><p>　?。?）在CCS環(huán)境下用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)S

36、PWM</p><p>　　CCS是ti公司提供的WINDOWS下的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，它為程序員開(kāi)發(fā)和測(cè)試實(shí)時(shí)的和嵌入式的系統(tǒng)起到了加速和增強(qiáng)的作用，通過(guò)主機(jī)和實(shí)時(shí)分析工具，CCS方便了使用者對(duì)DSP目標(biāo)的完整進(jìn)行分析。</p><p>　　本程序把正弦的半波平分為100等份并存入數(shù)組之中，正弦半波的峰值設(shè)置為3750，因?yàn)楸境绦虬讯〞r(shí)器周期設(shè)置為3750，其目的是為了產(chǎn)生的SPWM波形頻率為

37、50HZ,具體程序如下：</p><p>　　#include "DSP281x_Device.h"</p><p>　　#include "stdio.h"</p><p>　　#include "math.h"</p><p>　　#include "float.h&

38、quot;</p><p>　　#define TP 3750</p><p>　　#define PI2 2*3.1415925</p><p>　　#define DETA PI2/200</p><p>　　#define INIA 3.1415925/180</p><p>　　void scin();<

39、/p><p>　　int a[101],b[101];</p><p>　　void scin()</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　int i;</b></p><p>　　for(i=0;i<100;i++)</p>&l

40、t;p><b>　　{</b></p><p>　　a[i]=sin(INIA+i*DETA)*3750;</p><p>　　b[i]=cos(INIA+i*DETA)*3750;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　a[i]=0;</b>

41、;</p><p><b>　　} </b></p><p>　　主函數(shù)與中斷子函數(shù)按照?qǐng)D3所示的流程圖一步一步編譯即可，程序不在列出。</p><p><b>　?。?）實(shí)驗(yàn)結(jié)果</b></p><p>　　按照上述思路寫(xiě)出程序經(jīng)過(guò)編譯調(diào)試，運(yùn)行出的SPWM波形正常，并將其用來(lái)驅(qū)動(dòng)逆變電路

42、的功率開(kāi)關(guān)管工作，逆變輸出電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波后輸出電壓如圖4所示。</p><p>　　圖4 引腳輸出的SPWM波形</p><p>　　3逆變器控制部分的SVPWM的軟件實(shí)現(xiàn)</p><p>　　3.1 SVPWM技術(shù)的原理【12】【13】【14】【15】【16】</p><p>　　SVPWM的理論基礎(chǔ)是平均值等效原理，即在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)通

43、過(guò)對(duì)基本電壓矢量加以組合，使其平均值與給定的電壓矢量相等。在某一時(shí)刻，電壓矢量旋轉(zhuǎn)到某個(gè)區(qū)域中，可由組成這個(gè)區(qū)域的兩個(gè)相鄰的非零矢量和零矢量在時(shí)間上的不同組合得到。通過(guò)控制各個(gè)電壓矢量的作用時(shí)間，使電壓空間矢量接近按圓軌跡旋轉(zhuǎn)，通過(guò)逆變器的不同的開(kāi)關(guān)狀態(tài)所產(chǎn)生的實(shí)際磁通去逼近理想磁通圓，并由兩者的比較結(jié)果來(lái)決定逆變器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，從而形成PWM波形。逆變電路原理圖如圖 5.</p><p>　　圖5逆變電路原理圖（

44、5號(hào)字體）</p><p>　　設(shè)直流母線側(cè)電壓為Udc,逆變器輸出的三相相電壓為UA,UB,UC,其分別加在空間上互差120°的三相平面靜止坐標(biāo)系上，而大小則隨著時(shí)間按正弦規(guī)律做變化，時(shí)間相位互差120°.假設(shè)Um為相電壓有效值，f為電源頻率，則有：</p><p>　　可見(jiàn)U(t)是一個(gè)旋轉(zhuǎn)的空間矢量，它的幅值不變，為相電壓峰值，且以一定的角頻率勻速旋轉(zhuǎn)的空間矢量，

45、而空間矢量U(t)在三相坐標(biāo)軸（a,b,c）上的投影就是對(duì)稱的三相正弦量。</p><p>　　逆變器三相橋共有6個(gè)開(kāi)關(guān)管，為了研究方便定義開(kāi)關(guān)函數(shù)Si ( i=A,B,C):</p><p>　　1 當(dāng)上橋臂器件導(dǎo)通時(shí)</p><p><b>　　Si=</b></p><p>　　0 當(dāng)下橋臂器件導(dǎo)通

46、時(shí)</p><p>　　則每一時(shí)刻的US將由此時(shí)的三個(gè)開(kāi)關(guān)函數(shù)值唯一確定,記作US (SA,SB,SC),并稱 (SA,SB,SC)在不同數(shù)值下的組合為逆變器的開(kāi)關(guān)模式。這樣全部組合共有八個(gè)，通過(guò)執(zhí)行一個(gè)d-q變換可以將與8種變換對(duì)應(yīng)的相電壓映射到d-q平面，d-q變換相當(dāng)于一個(gè)三維矢量正交投影到二維d-q平面上，且這個(gè)二維平面與矢量（1，1，1）正交。從而得到6個(gè)非零矢量U1(001)、U2（010）、U3（0

47、11）、U4(100)、U5(101)、U6(110)和兩個(gè)零矢量U0(000)、U7（111）。下面以其中一種開(kāi)關(guān)組合為例分析，假設(shè)開(kāi)關(guān)為狀態(tài)為U6(110)，此時(shí)UaN=Udc, UbN=UcN=0。加之以下約束條件：</p><p>　　求上述方程得：Ua=2Udc/3, Ub=-Udc/3, Uc=-Udc/3.同理可得其他組合下的空間電壓矢量，如下表：</p><p>　　表1

48、功率開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)狀態(tài)和與之對(duì)應(yīng)的輸出的相電壓和線電壓的關(guān)系表</p><p>　　由表1可知，隨著逆變器工作狀態(tài)的切換，電壓空間矢量的幅值不變，而相位每次旋轉(zhuǎn)60°直到一個(gè)周期結(jié)束。圖6給出了電壓空間矢量的放射形式和6個(gè)扇區(qū)。以區(qū)域I為例說(shuō)明線性組合方法，設(shè)在一個(gè)換相周期時(shí)間T0內(nèi)，可用兩個(gè)矢量之和表示由兩個(gè)矢量線性組合后的新電壓矢量Us，其相位為。如圖7所示。</p><p>

49、　　圖6 電壓空間矢量的放射形式和6個(gè)扇區(qū)</p><p>　　圖7電壓空間矢量的線性組合</p><p>　　根據(jù)各個(gè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)的線電壓表達(dá)式可以推出</p><p>　　Us=Uscos+jUssin</p><p>　　Us= =Udc[+(cos+jsin)]</p><p>　　=Udc[+(+j)]=Udc[

50、(+)+j]</p><p>　　分別令實(shí)數(shù)項(xiàng)相等和虛數(shù)項(xiàng)相等，則</p><p>　　Uscos=(+)Udc Ussin= Udc</p><p><b>　　解t1和t2,得</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　

51、=</b></p><p>　　在SVPWM調(diào)制方案中，零矢量的選擇是最靈活的，適當(dāng)?shù)倪x擇零矢量可以最大限度的減少開(kāi)關(guān)次數(shù)，盡可能避免在負(fù)載電流較大的時(shí)刻的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，最大限度的減少開(kāi)關(guān)損耗。換相周期T0應(yīng)由旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)所需的頻率決定，設(shè)零矢量U0和U7的作用時(shí)間為t0和t7。為了減少功率器件的開(kāi)關(guān)次數(shù)，一般使t0和t7相等，因此</p><p>　　t0 =t7=（T0- t4-

52、t6）≥0</p><p>　　這樣通過(guò)在不同的區(qū)間內(nèi)安排不同的開(kāi)關(guān)切換順序，就可以獲得對(duì)稱的輸出波形，其他各扇區(qū)的開(kāi)關(guān)順序如下表2：</p><p>　　表2 Us所在位置和開(kāi)關(guān)切換順序?qū)φ招?lt;/p><p>　　以第I扇區(qū)為例，其所產(chǎn)生的三相波調(diào)制波形在時(shí)間T0如圖8所示，圖中電壓向量出現(xiàn)的先后順序?yàn)閁0 、U4 、U6 、U7 、U6 、U4 、U0，各個(gè)電

53、壓向量的三相波形則與表2中的開(kāi)關(guān)表示符號(hào)相對(duì)應(yīng)。隨著的逐漸增大，Us將依次進(jìn)入I、II、III、IV、V、VI區(qū)。</p><p>　　圖8 扇區(qū)I內(nèi)的三相波形</p><p>　　3.2 SVPWM控制算法</p><p>　　通過(guò)上述的SVPWM的推導(dǎo)分析可知。首先需要知道參考電壓矢量US所在的區(qū)間位置，然后利用所在扇區(qū)的相鄰兩電壓矢量和適當(dāng)?shù)牧闶噶縼?lái)合成參考電

54、壓矢量。</p><p>　　3.2.1 合成矢量US所處的扇區(qū)N判斷</p><p>　　令圖7中USsin=Uβ，UScos=Uα，空間矢量調(diào)制的第一步是判斷Uβ和Uα所決定的空間矢量電壓所處的扇區(qū)。</p><p>　　假設(shè)合成矢量的電壓矢量落在第I扇區(qū)，則等價(jià)條件為：0°≤arctan(Uβ/ Uα)≤60°,等價(jià)條件在結(jié)合矢量圖幾何關(guān)系

55、，可以判斷出合成矢量US落在第I扇區(qū)的充要條件為：Uα ＞0，Uβ ＞0且Uβ/ Uα ＜。同理可得，落在II扇區(qū)的充要條件為：Uα ＞0且Uβ/ |Uα| ＜；落在III區(qū)的充要條件為：Uα ＜0，Uβ ＞0且-Uβ/ Uα ＜；落在IV扇區(qū)的充要條件為：Uα ＜0，Uβ ＜0且Uβ/ Uα ＜；落在V扇區(qū)的充要條件為：Uβ ＜0且-Uβ/ |Uα| ＞；落在VI扇區(qū)的充要條件為：Uα ＞0，Uβ ＜0且-Uβ/

56、Uα ＜；通過(guò)分析得到，參考電壓矢量US所在的扇區(qū)完全由Uβ， ， 三式?jīng)Q定，因此令：</p><p>　　在定義，若＞0，則A=1，否則A=0；若＞0，則B=1，否則B=0；若＞0，則C=1，否則C=0?？梢钥闯鯝,B,C之間共有八種組合，但由判斷扇區(qū)的公式可知A,B,C不會(huì)同時(shí)為1,或同時(shí)為0，所以實(shí)際組合是六種，A,B,C組合取不同的值對(duì)應(yīng)著不同的扇區(qū)，并且是一一對(duì)應(yīng)。令N=4*C+2*B+A，則可以通過(guò)

57、下表計(jì)算參考電壓矢量US所在的扇區(qū)。</p><p>　　表3 N值與扇區(qū)對(duì)應(yīng)關(guān)系</p><p>　　3.2.2 基本矢量的作用時(shí)間計(jì)算和三相PWM波形的合成</p><p>　　以US處于第I扇區(qū)為例進(jìn)行分析，根據(jù)圖6有：</p><p><b>　　經(jīng)過(guò)整理得到：</b></p><p>

58、　　同理可得US在其他扇區(qū)的各矢量作用時(shí)間，如表4所示。表中兩個(gè)非零矢量作用時(shí)間比例系數(shù)K=。</p><p>　　表4 各扇區(qū)基本空間矢量的作用時(shí)間</p><p>　　當(dāng)兩個(gè)零電壓矢量作用時(shí)間為0時(shí)，一個(gè)PWM周期內(nèi)非零電壓矢量的作用時(shí)間最長(zhǎng)，此時(shí)合成的空間電壓矢量幅值最大，但是不會(huì)超過(guò)圖9 所示的正六邊形邊界。但是當(dāng)合成的矢量落在該邊界之外的時(shí)候，將發(fā)生過(guò)調(diào)制，逆變器輸出的波形將發(fā)

59、生失真。在SVPWM調(diào)制模式下，逆變器能夠輸出的最大不失真電壓為。如果當(dāng)合成電壓矢量端點(diǎn)落在正六邊形與外接圓之間時(shí)，已經(jīng)發(fā)生了過(guò)調(diào)制，所以要采取過(guò)調(diào)制處理，需采取比例縮小的措施：</p><p>　　設(shè)每個(gè)扇區(qū)先發(fā)生的矢量為tx,后發(fā)生的矢量為ty,將電壓矢量軌跡拉回至正六邊形內(nèi)切圓時(shí)兩非零矢量作用時(shí)間分別為tx1，ty1，則有比例關(guān)系：</p><p><b>　　可以求得&l

60、t;/b></p><p>　　按照上述過(guò)程，就能確定每個(gè)扇區(qū)相鄰兩電壓空間矢量和零電壓矢量的作用時(shí)間。在根據(jù)PWM調(diào)制原理，計(jì)算出每一相對(duì)應(yīng)比較值，其運(yùn)算關(guān)系如下：</p><p>　　上式中ta,tb,tc分別為相應(yīng)的比較器的值，而不同的扇區(qū)比較器的值分配不同如表5所示。</p><p>　　圖9 SVPWM模式下的電壓矢量幅值邊界</p>

61、<p>　　表5 不同扇區(qū)的比較器的比較值</p><p>　　其中Ta ，Tb ，Tc分別對(duì)應(yīng)的比較器的值，將這三個(gè)值寫(xiě)入相應(yīng)的比較寄存器就完成了整個(gè)SVPWM的算法。</p><p>　　3.3 SVPWM波整體設(shè)計(jì)</p><p>　?。?）程序整體的思路</p><p>　　本程序利用TI公司推出的高速數(shù)字信號(hào)處理芯片TMS

62、320F2812的EVA 模塊。定時(shí)器1采用增減計(jì)數(shù)模式，用比較寄存器EvaRegs.CMPRx(x=1、2、3)與定時(shí)器的值進(jìn)行比較使各個(gè)引腳輸出高低電平。把一個(gè)正弦周期平均分成200等份，再判斷每一等份所對(duì)應(yīng)的扇區(qū)位置。確定了扇區(qū)位置后，計(jì)算出每個(gè)扇區(qū)的開(kāi)關(guān)切換順序和相對(duì)應(yīng)的作用時(shí)間，在根據(jù)PWM調(diào)制原理，計(jì)算出每一相對(duì)應(yīng)的比較器的值，這樣就能得到SVPWM波形。</p><p><b>　?。?）

63、程序流程圖</b></p><p>　　本程序主要有主程序和定時(shí)器下溢中斷子程序組成。主程序主要任務(wù)是系統(tǒng)初始化，判斷電壓矢量所在的扇區(qū)位置，使能定時(shí)器下溢中斷，開(kāi)啟定時(shí)器1。中斷子程序的主要任務(wù)是重新裝配輸出引腳的極性，計(jì)算出基本矢量作用時(shí)間，在計(jì)算出相應(yīng)的比較器的值。流程圖如圖10所示。</p><p><b>　　圖10 程序流程圖</b></

64、p><p>　　（3）在CCS環(huán)境下用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)SVPWM</p><p>　　重新裝配ACTRA的數(shù)組：</p><p>　　int anticlk[6]={0x4666,0x6666,0x2666,0x3666,0x1666,0x5666};</p><p>　　各點(diǎn)扇區(qū)位置確定子函數(shù)如下：</p><p>　　voi

65、d SECTOR(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　int i,a1 ,b1,c1,n;</p><p>　　float v1,v2,v3;</p><p>　　for(i=0;i<200;i++)</p><p><b>　　{</b&

66、gt;</p><p><b>　　v1=a[i];</b></p><p>　　v2=(-a[i]+b[i]*1.732051)/2;</p><p>　　v3=(-1.732051*b[i]-a[i])/2;</p><p><b>　　if(v1>0)</b></p>&l

67、t;p><b>　　a1=1;</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　a1=0;</b></p><p><b>　　if(v2>0)</b></p><p><b>　　b1=1;<

68、/b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　b1=0;</b></p><p><b>　　if(v3>0)</b></p><p><b>　　c1=1;</b></p><p>

69、<b>　　else</b></p><p><b>　　c1=0;</b></p><p>　　n=4*c1+2*b1+a1;</p><p><b>　　switch(n)</b></p><p><b>　　{</b></p><

70、p>　　case 1:s[i]=2;break;</p><p>　　case 2:s[i]=6;break;</p><p>　　case 3:s[i]=1;break;</p><p>　　case 4:s[i]=4;break;</p><p>　　case 5:s[i]=3;break;</p><p>

71、　　case 6:s[i]=5;break;</p><p>　　default:break;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　定時(shí)器下溢中斷子程

72、序如下：</p><p>　　interrupt void eva_T1UFINT_ISR(void) // EV-A</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　int i;</b></p><p><b>　　DINT;</b></p&g

73、t;<p><b>　　if(k<200)</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　i=k;</b></p><p>　　EvaRegs.ACTRA.all=anticlk[s[i]];//重新裝配ACTRA</p><p&g

74、t;<b>　　x=a[i];</b></p><p>　　y=(-a[i]+b[i]*1.732051)/2;</p><p>　　z=(-1.732051*b[i]-a[i])/2;</p><p>　　switch (s[i])</p><p><b>　　{</b></p>&

75、lt;p><b>　　case 1:</b></p><p>　　cmp1=(int)(y*TP),cmp2=(int)(x*TP);</p><p>　　if(cmp1+cmp2>TP)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　cmp1=cmp1/(cmp1+cmp

76、2);</p><p>　　cmp2=cmp2/(cmp1+cmp2);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　ta=(TP-cmp1-cmp2)/4;</p><p>　　tb=ta+cmp1/2;</p><p>　　tc=tb+cmp2/2;</p>&l

77、t;p>　　EvaRegs.CMPR1=tb;</p><p>　　EvaRegs.CMPR2=ta;</p><p>　　EvaRegs.CMPR3=tc;</p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　case 2:</b></p><p

78、>　　cmp1=(int)(-z*TP),cmp2=(int)(-y*TP);</p><p>　　if(cmp1+cmp2>TP)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　cmp1=cmp1/(cmp1+cmp2);</p><p>　　cmp2=cmp2/(cmp1+cmp2);<

79、;/p><p><b>　　}</b></p><p>　　ta=(TP-cmp1-cmp2)/4;</p><p>　　tb=ta+cmp1/2;</p><p>　　tc=tb+cmp2/2;</p><p>　　EvaRegs.CMPR1=ta;</p><p>　　Ev

80、aRegs.CMPR2=tc;</p><p>　　EvaRegs.CMPR3=tb;</p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　case 3:</b></p><p>　　cmp1=(int)(x*TP),cmp2=(int)(z*TP);</p>

81、<p>　　if(cmp1+cmp2>TP)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　cmp1=cmp1/(cmp1+cmp2);</p><p>　　cmp2=cmp2/(cmp1+cmp2);</p><p><b>　　}</b></p>&

82、lt;p>　　ta=(TP-cmp1-cmp2)/4;</p><p>　　tb=ta+cmp1/2;</p><p>　　tc=tb+cmp2/2;</p><p>　　EvaRegs.CMPR1=ta;</p><p>　　EvaRegs.CMPR2=tb;</p><p>　　EvaRegs.CMPR3=t

83、c;</p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　case 4:</b></p><p>　　cmp1=(int)(-y*TP),cmp2=(int)(-x*TP);</p><p>　　if(cmp1+cmp2>TP)</p><p>

84、;<b>　　{</b></p><p>　　cmp1=cmp1/(cmp1+cmp2);</p><p>　　cmp2=cmp2/(cmp1+cmp2);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　ta=(TP-cmp1-cmp2)/4;</p><p>

85、　　tb=ta+cmp1/2;</p><p>　　tc=tb+cmp2/2;</p><p>　　EvaRegs.CMPR1=tc;</p><p>　　EvaRegs.CMPR2=tb;</p><p>　　EvaRegs.CMPR3=ta;</p><p><b>　　break;</b>&

86、lt;/p><p><b>　　case 5:</b></p><p>　　cmp1=(int)(z*TP),cmp2=(int)(y*TP);</p><p>　　if(cmp1+cmp2>TP)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　cmp1=cm

87、p1/(cmp1+cmp2);</p><p>　　cmp2=cmp2/(cmp1+cmp2);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　ta=(TP-cmp1-cmp2)/4;</p><p>　　tb=ta+cmp1/2;</p><p>　　tc=tb+cmp2/2;&l

88、t;/p><p>　　EvaRegs.CMPR1=tc;</p><p>　　EvaRegs.CMPR2=ta;</p><p>　　EvaRegs.CMPR3=tb;</p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　case 6:</b></

89、p><p>　　cmp1=(int)(-x*TP),cmp2=(int)(-z*TP);</p><p>　　if(cmp1+cmp2>TP)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　cmp1=cmp1/(cmp1+cmp2);</p><p>　　cmp2=cmp2/(cm

90、p1+cmp2);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　ta=(TP-cmp1-cmp2)/4;</p><p>　　tb=ta+cmp1/2;</p><p>　　tc=tb+cmp2/2;</p><p>　　EvaRegs.CMPR1=tb;</p>&

91、lt;p>　　EvaRegs.CMPR2=tc;</p><p>　　EvaRegs.CMPR3=ta;</p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　default:</b></p><p><b>　　break;</b></p&

92、gt;<p><b>　　}</b></p><p><b>　　k++;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(k>=200)</p><p><b>　　{</b></p><

93、p><b>　　k=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　EvaRegs.EVAIMRA.bit.T1UFINT=1; </p><p>　　EvaRegs.EVAIFRA.bit.T1UFINT=1;</p><p>　　PieCtrlRegs.PIEAC

94、K.all=0x0002; //響應(yīng)同組中斷</p><p>　　EINT; //開(kāi)全局中斷</p><p><b>　　}</b></p><p>　　主程序可以按照主函數(shù)流程圖10一步一步編譯即可，具體程序不在列出。</p><p><b>　?。?

95、）實(shí)驗(yàn)結(jié)果</b></p><p>　　按照流程圖所示，在CCS編譯環(huán)境下進(jìn)行編譯調(diào)試，成功得到各個(gè)輸出引腳的SVPWM波形，驗(yàn)證了算法的正確性。如圖11所示。</p><p>　　圖11 引腳輸出的SVPWM波形4 SPWM與SVPWM的比較</p><p>　　SPWM就是在PWM基礎(chǔ)上改變了調(diào)制脈沖方式，脈沖占空比按照正弦規(guī)律排列，PWM引腳輸出的

96、波形經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臑V波就可以實(shí)現(xiàn)正弦波的輸出。本論文采用的是對(duì)稱規(guī)則采樣法，其優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算簡(jiǎn)單，便于在線實(shí)時(shí)運(yùn)算，缺點(diǎn)就是直流電壓的利用率比較低，線性控制范圍小。</p><p>　　空間電壓矢量PWM與傳統(tǒng)的正弦PWM不同，它是從三相輸出電壓的整體效果出發(fā)，通過(guò)控制各個(gè)電壓矢量的作用時(shí)間和開(kāi)關(guān)狀態(tài)，使電壓空間矢量接近按圓軌跡旋轉(zhuǎn)。 SVPWM技術(shù)與SPWM相比較，繞組電流波形的諧波成分小，而且使直流母線電壓的利用率提

97、高了15.47%。典型的SVPWM是一種對(duì)三相正弦波加入了零序分量的調(diào)制波進(jìn)行規(guī)則采樣得到結(jié)果，所以兩者在諧波的大致方向上是一致的，但是呢，SVPWM易于硬件電路實(shí)現(xiàn)，而SVPWM更適合數(shù)字化控制系統(tǒng)。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　太陽(yáng)能作為一種綠色能源越來(lái)越得到人們的重視，太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電是太陽(yáng)能應(yīng)用的主要方向，吸引了很多的研究者

98、。本文從太陽(yáng)能并網(wǎng)發(fā)電逆變器控制策略出發(fā)，通過(guò)翻閱了大量的文獻(xiàn)資料，研究了SPWM和SVPWM的原理，并分析了SPWM和SVPWM的控制算法，并在CCS的編譯環(huán)境下，編譯成功。由于時(shí)間有限，本文的工作非常有限，下面我對(duì)所做的工作總結(jié)如下：</p><p>　　對(duì)于控制芯片的使用，本論文所用的是TMS320F2812，在編譯SPWM波形時(shí)，根據(jù)SPWM及三相電壓的特點(diǎn)，使用了TMS320F2812芯片內(nèi)部的事件管理

99、器（EVA、EVB），并使用了每個(gè)事件管理器的兩個(gè)通用定時(shí)器，并且控制6個(gè)比較器EvaRegs.CMPRx(x=1、2、3)和EvbRegs.CMPRx（x=4、5、6），使其按照正弦規(guī)律輸出PWM波，驗(yàn)證算法的正確性。在編譯SVPWM波形時(shí)，根據(jù)SVPWM的特性，使用TMS320F2812芯片內(nèi)部的事件管理器EVA的定時(shí)器T1控制3個(gè)比較器EvaRegs.CMPRx(x=1、2、3)輸出對(duì)應(yīng)的PWM波，驗(yàn)證算法的正確性。</p&

100、gt;<p>　　最后，通過(guò)對(duì)SPWM和SVPWM兩種算法的比較，以及對(duì)其波形的觀察，分析這兩種算法的優(yōu)缺點(diǎn)。</p><p>　　國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者致力于結(jié)構(gòu)靈活、高能量傳輸、低成本的太陽(yáng)能并網(wǎng)逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和算法的研究，使太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)能高效運(yùn)行。本文只是逆變控制部分的初步探討和膚淺的認(rèn)識(shí)，希望能對(duì)以后的工作能有幫助。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)&

101、lt;/b></p><p>　　[1]董密.太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與控制策略研究.中南大學(xué)博士學(xué)位論文.2007年5月.</p><p>　　[2]汪令祥.光伏發(fā)電用DC/DC變換器的研究.合肥工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文.2006年5月.</p><p>　　[3]周延．PWM光伏逆變電源DC-DC電路及最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)的研究.山東大學(xué)碩士學(xué)位論文.2

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