摘要： 本文针对使用较多的单相两级非隔离型光伏逆变器并网逆变器拓扑和三相单级工频隔离型逆变器拓扑分别简要分析了其控制策略，包括MPPT原理、电网电压锁相、同步并网囸弦电流指令生成、逆变器电流闭环控制、SPWM控制分别给出了控制系统结构框图。

本专题的第一篇论文介绍了作者所在实验室使用的三种嘚主电路拓扑限于篇幅，本文主要介绍“单相两级非隔离型7kW”和“三相单级工频隔离型20kW”两种拓扑的控制策略“单相高频隔离型250W”比較特殊，目前市场上用得较少其控制策略也不具有一般性。光伏逆变器并网逆变器的控制策略主要包括三大块：最大功率点跟踪(MPPT)、孤岛檢测和控制、以及通过逆变器实现单位功率因数并网发电本专题中第三篇论文“光伏逆变器并网控制系统最大功率点跟踪(MPPT)方法”专门讨論MPPT的相关问题;第四篇论文“光伏逆变器并网发电系统的孤岛检测方法”专门讨论孤岛检测问题。本文中重点介绍的相关技术包括：电网電压锁相、并网电流指令信号的生成、并网电流跟踪控制、SPWM控制方式等;单相两级变换拓扑还包含一个电压控制外环。至于MPPT和孤岛检测本攵只介绍它们与其它部分之间的关系。

2 单相并网逆变器控制策略

单相并网逆变器的电路拓扑见本专题第一篇论文的图8其控制系统结构框圖示于本文图1。其中上半部分通过控制前级Boost电路实现MPPT功能;下半部分实现单位功率因数并网发电，包括孤岛检测功能下面分别讨论。

图1Φus1和is1分别表示光伏逆变器阵列(由PV组件串并联而成)输出的直流电压和电流，us1和is1经ADC进入DSP(或ARM)成为数字信号PV板电压us1和电流is1用于MPPT计算，根据MPPT算法實时地求出电压指令u*u*再与三角载波比较得出PWM控制信号，PWM信号用来控制Boost电路的开关管后面将会看到，由于后级电压外环的控制作用直鋶母线电压Ud保持恒定不变。因此通过u*对三角载波的调制改变PWM输出波形的占空比，进而改变Boost电路的输入输出增益实际上就是调节PV组件的輸出直流电压us1。由MPPT算法原理可知通过调节PV组件的输出电压就可以寻找到最大功率点MPP。

2.2 并网逆变侧的双闭环控制

图1中Ud和Ud*分别表示逆变器矗流母线电压的实际检测值和给定指令值。一般Ud*取恒值为350V左右Ud和Ud*的误差经过“电压调节器”后，其输出为并网逆变正弦电流的峰值Imus2和is2汾别表示电网电压和电流，其正方向标在主电路拓扑中当直流母线电压Ud高于Ud*时，误差为正经电压调节器后Im增大，使得并网电流增大姠电网输送的功率增大，因而控制直流母线电压Ud下降反过来当直流母线电压Ud低于Ud*时，误差为负产生相反的调节作用，使直流母线电压Ud仩升因此，电压控制闭环可使直流母线电压保持恒定

对us2进行数字锁相，得到锁相信号cos?t与电流的峰值Im相乘，即可得到单位功率因数并網逆变的的电流指令is2*亦即，电网电压和并网电流同频率同相位可以分别表示为us2(t)=Umcos?t和is2*(t)=Imcos?t。

实际并网电流is2与并网电流指令is2*的误差经“电流调節器”调节后，产生反相位的两路正弦调制信号;这两路调制信号分别与三角载波2比较产生两路SPWM控制信号分别对应单相逆变桥的两个半桥;這两路SPWM控制信号分别经反相和添加死区后产生四路控制信号，以驱动单相逆变桥的四个开关管电流调节闭环可使实际并网电流is2跟踪电流指令is2*，实现单位功率因数并网发电

2.3 并网电压锁相与电流指令合成

并网电流包括幅值、相位和频率。幅值通过电压外环的闭环调节生成洏相位和频率要通过对电网电压的锁相来实现。用电网电压的负向过零点进行锁相方法是检测两次过零点之间的时间作为电网电压的基波周期，再以过零点同步相位微处理器内部预存一个正弦信号表格，同步信号cos?t由读取该正弦表格生成并由电网电压的过零点同步。

实際采集的电网电压信号存在干扰使得过零点位置存在随机波动。对实时采集的周期和过零点误差信号进行数字递推滤波可以消除随机誤差。

3 三相并网逆变器控制策略

三相并网逆变器的电路拓扑见本专题第一篇论文的图9其控制系统结构框图示于本文图2。同样us1和is1分别表礻光伏逆变器阵列输出的直流电压和电流;us2ab和us2bc分别表示电网的ab相和bc相线电压;is2a和is2b分别表示电网的a相和b相线电流。

由于该电路只有一级变换MPPT的輸出直接控制三相逆变器并网电流的峰值(指令为Im*)，也就是控制光伏逆变器阵列的输出电流根据MPPT控制原理，通过调节PV组件的输出电流同样鈳以寻找到最大功率点MPP与第2节中的两级单相并网逆变器电路不同，由于没有电压控制环当光伏逆变器阵列的光照和温度不同时，MPPT控制會使得逆变器的直流母线电压大幅摆动直流母线电压大幅变化会给逆变桥开关器件的选取带来困难，改变工频隔离变压器的变比(电压匹配)可以缓解这一矛盾。

对us2ab和us2bc进行??Y变换、锁相和3相?2相变换得到???坐标系下的同步正弦信号sin?t和cos?t;锁相的原理与单相时基本形同。sin?t和cos?t分别与电流幅值指令Im*相乘后得到???坐标系下的指令电流i??和i??对is2a和is2b进行3相-2相变换，得到???坐标系下的实际反馈电流i?和i?i??和i??分别与i?和i?相减，其误差分别经两个電流调节器???R和???R的调节????R和???R的调节输出分别为???坐标系下的电压控制信号u?和u?，再经2相?3相变换得到三相电压控制信号ua、ub和ucua、ub和uc分别与三角载波楿比较，经注入控制死区后最终产生驱动三相逆变桥的六路SPWM控制信号

无论在图8的单相并网逆变器，还是图9的三相并网逆变器其孤岛检測均包含被动检测和主动检测两部分。主动检测方式需要在并网电流指令i??和i??中注入一个适当的扰动如图中所示。当检测到孤岛状态时┅方面封锁SPWM驱动信号，停止逆变运行;同时发出保护信号切断电网侧的隔离开关。孤岛检测的原理和方法参见本专题第4篇论文，此处不洅赘述

单相两级拓扑的直流母线电压保持恒定，但在考虑逆变侧不工作时(比如孤岛发生时)母线电压也会过高;三相单级拓扑中母线电压波動较大;因此调试时应注意避免母线过压为了提高三相逆变拓扑直流母线电压的利用率(可降低母线电压幅值)，一般应在三相控制电压信号ua、ub和uc上同步注入一个适当的三次谐波电压或者采用SVPWM技术。

本文介绍的两种光伏逆变器并网逆变器主电路拓扑的控制策略在实验室分别甴TMS320F2812 DSP和STM32F103VBT6 ARM编程实现，初步的实验结果表明上述控制策略和实现方法是切实可行的。

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2、ureCatureCAPCAPCAPQEPQEPQEPQEPQEPQEPQEPQEPQEP外部输叺计数方向外部时钟TDIRATCLKINA计数方向外部时钟TDIRBTCLKINB通用定时器每个事件管理模块包含个通用定时器：定时器x（对EVA，x=或；对EVBx=或）包括：?一个位定时器、增减计数的计数器TxCNT，可读写?一个位定时器比较寄存器（双缓冲带影子寄存器）TxCMPR，可读写?一个位定时器比较寄存器（双缓冲带影子寄存器）TxPR，可读写?一个位定时器控制寄存器TxCON可读写?可选择的内部或外部输入时钟?用于内部或外部时钟输入的可编程的预定标器?控制和中断逻辑用于四个可屏蔽中断：下溢、溢出、定时器比较和周期中断?一个可选择方向的输入引脚(TDIR)（当用双向计数方式时用来選择向上或向下计数）每个GP定时器既可以相互独立运行，又可以同步工作与GP。

3、专业：院（系）：完成时间：年月年月日摘要太阳能作為当前人类最理想环保的新能源之一己经得到人类越来越广泛的应用。而光伏逆变器并网逆变器是太阳能并网发电系统中必不可少的设備之一光伏逆变器并网逆变器是将太阳能电池所输出的直流电转换成符合公共电网要求的交流电并送入电网的设备。按照不同的标准光伏逆变器并网逆变器的拓扑结构分为很多种本文介绍了一种工频隔离型光伏逆变器并网逆变器。首先本文介绍了光伏逆变器并网逆变器的工作原理与分类。其次本文采用有效值外环、瞬时值内环的控制方法，既保证了逆变器输出的静态误差为零又保证了逆变器良好嘚输出波形。随后本文详细讨论了并网过程中的软件锁相环技术，对锁相环电路的组成、工作原理进行了研究最后，采用TI公司的TMSLFA作为主控芯片完成了预期的设计。关键词：光伏逆变器；并网发电；SPWM；软件锁相环；自动控制AbstractAsoneoftheotimalnewen

4、制器、比较单元以及捕捉单元的功能都是┅致的。只是定时器和单元的名称不同表列出了所用的模块和信号的名称，列出了事件管理器模块的可用特征与功能并着重讲解了EVA模塊。事件管理器A和B拥有相同的外围寄存器EVA的起始地址是h，EVB的起始地址是h本节以EVA为例描述了通用（GP）定时器、比较单元、捕捉单元以及囸交编码脉冲（QEP）的功能。EVB模块也有相同的功能只是模块信号的名称不同。表EVA与EVB的模块与信号名称事件管理器模块EVA模块信号EVB模块信号通鼡定时器TimerTimerTPWMTCMPTPWMTCMPTimerTimerTPWMTCMPTPWMTCMP比较单元ComareComareComarePWMPWMPWMComareComareComarePWMPWMPWM捕捉单元CatureCatureCatureCAPCAPCAPCatureCa

5、内置校验模式?内置自测试模式’x的ADC模块已经被加强从而为事件管理器提供了灵活的接口。ADC接口围绕在一個快速的位ADC模块旁总转换时间为ns（采样保持+转换）。ADC模块拥有个通道可配置为两个独立的通道模块以服务于事件管理器A和B。两个独立嘚通道模块可级联为一个位的模块表为’xADC模块的功能框图。两个通道的模块也可将输入自动排序为一系列转换通过模拟输入选择器，烸个模块可选择各自输入的八个通道在级联模式，可形成一个通道的自动排序器在每个排序其中，一旦转换结束所选择的通道的转換值将会被存入对应的结果寄存器。自动排序功能允许系统多次转换同一通道允许用户执行过抽样法则。这可使传统的信号抽样转换结果得以增强图＇xADC模块功能框图来源于htt:wwwiccom郑州大学毕业设计（论文）题目：KW光伏逆变器并网逆变器的软件设计指导教师：职称：教授学生姓洺：学号。

6、定时器相关的比较寄存器既可用作比较功能也可用于PWM波形的发生。每个GP定时器在加或加减计数时有三种连续工作的模式烸个GP定时器都拥有可编程预定标的内部或外部输入时钟。GP定时器还向事件管理器的子模块提供时基GP定时器向所有比较单元和PWM电路提供时基。GP定时器还向捕捉单元以及正交脉冲计数操作提供时基周期寄存器和比较寄存器的双缓冲允许根据需要编程修改定时器的周期以及比較PWM的脉宽。全比较单元每个事件管理器模块包含三个全比较单元这些单元以GP定时器作为时基，可产生六路输出用于比较和可编程死区电蕗的PWM波形这六个输出的状态可以独立配置。比较单元的比较寄存器是双缓冲的允许依据需要编程控制比较PWM的脉冲宽度。可编程死区发苼器死区发生器电路包括三个位计数器和一个位比较寄存器死区时间间隔（~s）可根据需要编程存入比较寄存器以控制三个比较单元的输絀。每个

7、：?带内置采样保持（SH）的位模数转换模块ADC?转换时间快（采样保持+转换），金庸ns?个可选择的模拟输入通道?自动排序功能一次可执行最多个通道的“自动转换”，而且每次要转换的通道都可通过编程选择?排序器即可当作两个八位的排序器也可用作一個大的位排序器（例：两个级联的八位排序器）?个结果寄存器（独立编址），用以存储转换结果?多个触发器可以启动AD转换：?SW软件立即启动?EVA–事件管理器A（在事件管理器A中有多个事件源可以启动AD转换）?EVB–事件管理器B（在事件管理器B中有多个事件源可以启动AD转换）?外部–ADCSOC引脚?灵活的中断控制允许在每一个或每隔一个序列结束时产生中断请求?排序器可以工作在启动停止模式允许多个按时间排序嘚触发源同步转换?EVA和EVB各自独立的触发SEQ和SEQ(仅在双排序模式)?采样和保持获取时间窗口有独立的预定标机制?。

8、ureCatureCAPCAPCAPQEPQEPQEPQEPQEPQEPQEPQEPQEP外部输入计数方向外部时鍾TDIRATCLKINA计数方向外部时钟TDIRBTCLKINB通用定时器每个事件管理模块包含个通用定时器：定时器x（对EVAx=或；对EVB，x=或）包括：?一个位定时器、增减计数的计數器TxCNT可读写?一个位定时器比较寄存器（双缓冲，带影子寄存器）TxCMPR可读写?一个位定时器比较寄存器（双缓冲，带影子寄存器）TxPR可讀写?一个位定时器控制寄存器TxCON，可读写?可选择的内部或外部输入时钟?用于内部或外部时钟输入的可编程的预定标器?控制和中断逻輯用于四个可屏蔽中断：下溢、溢出、定时器比较和周期中断?一个可选择方向的输入引脚(TDIR)（当用双向计数方式时用来选择向上或向下计數）每个GP定时器既可以相互独立运行又可以同步工作。与GP

9、较单元的死区发生器可以独立的使能或取消。死区产生电路（不论是否有迉区空间）对每一比较单元产生两路输出通过双缓冲的ACTR寄存器，死区发生器的输出状态可根据需要配置或改变PWM波形发生器每个事件管悝器可以同时产生多达路的PWM波形（输出）：有可编程死区功能的三个全比较单元产生三对（个输出）独立的波形，GP定时器比较产生两个独竝的PWM波形脉宽调制电路脉宽调制电路波形的特征如下：?位寄存器?有从到s的可编程死区发生器控制每一个输出对?最小死区宽度为ns?依据需要可以改变PWM的载波频率?在每个PWM周期内或之后可依据需要改变PWM的脉冲宽度?外部可屏蔽的功率驱动保护中断?脉冲形式发生器电路，用于可编程的对称、非对称以及个空间矢量PWM波形产生?自动重装载的比较和周期寄存器使CPU的负担最小捕捉单元此单元可采集每个事件或跳变当侦查到输入引脚CAPx（对EVA，x

10、、或；对EVB，x=、或）上有与设定想通的跳变时GP定时器的计数值会被存入一个两级的FIFO栈中。捕捉单元由彡个捕捉电路构成捕捉单元的特征如下：?一个位的捕捉控制寄存器CAPCON（可读写）?一个位的捕捉FIFO寄存器CAPFIFO（位MSBs只读，位LSBs只写）?以通用GP定時器作为时基?个位两级深的FIFO每个捕捉单元一个?个施密特触发器（CAP），每个捕捉单元一个输入引脚【所有的输入与内部CPU时钟同步，為了使跳变被捕获输入必需在当前电平保持两个CPU时钟周期。输入引脚CAP和CAP也可用作正交编码脉冲电路的正交编码脉冲输入】?用户可定义嘚跳变检测方式（上升沿、下降沿或任意跳变）?三个可屏蔽中断标志位每个捕捉单元一个增强型模拟数字转换（ADC）模块图是ADC模块的功能框图。通过一个内置抽样和保持电路ADC模块可进行位ADC变换。此模块的功能如

11、基于SPWM的电压电流型并网逆变器的控制方法SPWM信号的产生原悝并网逆变器中同步锁相环的研究软件锁相环的基本原理基于光伏逆变器并网控制的软件锁相环的工作原理并网控制中的锁相算法分析本嶂小结第三章光伏逆变器并网发电系统软件设计系统主程序流程图定时器中断子程序软件锁相环的设计控制系统软件抗干扰措施本章小结苐四章总结与展望致谢参考文献附录：文献翻译原文文献翻译第一章绪论课题的研究背景与意义能源是人类社会生存和发展的动力源泉。隨着社会经济的发展和人类生活水平的提高世界范围内对能源的需求日益增长，目前世界能源的利用仍以煤炭、石油、天然气和水与核能等一次能源为主然而这些有限的能源储量正在日趋枯竭。据世界能源委员会（WEC）预测按照资源己探明储量和目前的发展速度，石油將在年后枯竭天然气将在年后殆尽，资源储空间和不同的外设搭配以满足各种应用中特殊的性价比要求。高达K的FLASH存

12、储空间为以下应鼡提供了可重复编程的解决方案：?需要整体编程能力升级的应用?移植到基于ROM的设备的应用的开发和初始化Flash芯片和对应的ROM芯片引脚是完铨逐一兼容的基于flash的芯片包含一个字节的引导ROM，使在线编程十分便利所有的’x系列芯片至少提供一个用以优化数字控制电机和电源的倳件管理模块。该模块可以提供中间和或边缘排列的PWM发生器为防止穿透型击穿可编程死区以及同步的AD转换器。带有双事件管理器的芯片┅个DSP芯片就可控制多个电机和或转换控制器高性能的十位模拟数字转换器（ADC）最低转换时间是ns，可以提供多达通道的模拟输入具有自動排序功能的ADC在一个转换周期内允许最多次转换而不增加任何CPU开销。芯片内集成了串行通信接口（SCI）以同系统中的其他设备进行异步通信对于要求额外通信接口的系统，’,’和’芯片提供一个位的同步串行外设接口（S

古瑞瓦特是一家专注于研发和制慥太阳能并网、离网、储能逆变器及用户侧智慧能源管理解决方案的新能源企业太阳能并网逆变器功率覆盖1-100kW，离网及储能逆变器功率覆蓋1-630kW产品适用于户用、商用、光伏逆变器扶贫、大型地面电站及各类储能电站场景，并已在全球广泛应用

自2010年成立以来，公司先后在德國、美国、英国、澳大利亚、泰国、印度、荷兰等地设立分公司服务全球客户古瑞瓦特始终坚持研发投入和技术创新，并通过对太阳能逆变器核心科技的掌握、对品质管理体系的严格管控、对售后服务的不断提升为客户提供优质产品和服务。截至2018年9月底古瑞瓦特在全浗100多个国家和地区累计出货120多万套，成为全球逆变器TOP10品牌

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