西南交通光伏并网模拟发电装置

贺雨璇棋（西南交通大学电气工程学院贺雨璇棋（西南交通大学电气工程学院控制器TMS320F28335DSP为控制电路核心，采用规则采样法和DSP片内ePWM模块功能实现SPWM波。最大功率点跟踪（MPPT）采用了恒压跟踪法（CVT法）来实现，并用软件锁相环进行系统的同频、同相控制，控制灵计和成本。本装置具有良好的数字显示功能，采用CPLD自行设计驱动的4.3’’TFTLCD关键字：逆变，SPWM，最大功率点跟MPPT，锁相PhotovoltaicGrid-connectedHe,PhotovoltaicGrid-connectedHe,Pang,(SchoolofElectricalEngineering,SouthwestJiaotongUniversity)Abstract：ThePhotovoltaicgrid-connectedinvertertookTMS320F28335DSPascoreofthecontroller,usedsingle-phasebridgeasthetopologystructureandgeneratedSPWMwavewiththeon-chipePWMmoduleaccordingtosymmetricregularsamplingmethod.ByCVTmethodandDigitalPLL,thesystemachievedthemaximumpowerpointtracking(MPPT)andsignalsynchronizationrespectively.Throughtheon-chip12bitA/Dconverter,TMS320F28335measuredtheanalogsignals,whichlargelysimplifiedthesystemdesignandreducedthecost.Thesystemwasembeddedwiththedigitaldisplaymodule.TakingCPLDtodrivethe4.3”TFTLCD,thesystemcandisplaythereal-timeoutputsignalwaveform,thespectralcharacteristicsaswellasotherparameters,includingtheinputvoltage,current,power,theoutputvoltage,current,power,theefficiency,thefrequency,thephasetheTHD.Over-current,overlowvoltageprotectionandtheautomaticallyrecoverwererealizedaswell.KeyWords：inverter，SPWM，MPPT，Phase-目1引 2系统指 3方案比较与论 主电路拓目1引 2系统指 3方案比较与论 主电路拓 正弦脉冲宽度调制SPWM的方 4理论分析与计 最大功率点跟踪MPPT的控制方法与参数计 同频、同相的控制方法与参数计 提高效率的方 滤波电路设计和计 5系统结 系统总体结 显示驱动结 模拟信号调理电路结 6系统硬件设 主电路及驱 DSP处理器电 模拟信号调理电 系统电源设 显示电路设 抗干扰措 7系统软件设 系统控制流 频谱分析流 人机交互流 8系统关键设计与创 9测试方案与测试结 测量仪 测量方 基础要求性能测 发挥部分性能测 测试结果汇 测试结果分 附 引20022003区人民的生活水平，这对于贯彻西部大开发战略具有重要的政治意义和经济意义:另一方面，根据世界各国的发展目标，预计到2030引20022003区人民的生活水平，这对于贯彻西部大开发战略具有重要的政治意义和经济意义:另一方面，根据世界各国的发展目标，预计到2030年，世界各国的光伏发电量将占到总发电量的5%20%，TIDSPTMS320F28335150MHz326DMAADCMcBSPEMIF，18PWM6TIPWM(EPWM150psMEP6，1216ADC。其新型浮点控TI50%，C28x2-1中进行比较。2-1--注:本装置所显示的输出电流,电压分别为题目中的变压器次边的Io,Uo=Io*UoPo/Pd，PdUdId。测试表中的输出电压、电流及效率为变压器原边的测试结果。因此，录像中TFTLCD上所显示的效率较实测数据偏低。3案比较与论3.1主注:本装置所显示的输出电流,电压分别为题目中的变压器次边的Io,Uo=Io*UoPo/Pd，PdUdId。测试表中的输出电压、电流及效率为变压器原边的测试结果。因此，录像中TFTLCD上所显示的效率较实测数据偏低。3案比较与论3.1主电路如图3-13-225±0.5-25.111.5±0.2-1.534--能能方案三：采用D类功放芯片，可实现本题目要求的DC—AC驱动、变换及SPWM波，输方案三：采用D类功放芯片，可实现本题目要求的DC—AC驱动、变换及SPWM波，输容电压的均衡与恒定，很难达到题目的要求，故采用方案二作为DC-AC主电路拓扑。方案二：模拟方法产生SPWM波。用模拟比较器比较生成SPWM波，如果用信号波正弦生成SPWM波。方案三：规则采样算法产生SPWM波SPWM3-3角波的交点所确定的脉冲宽度在一个采样周规则采样Ts（Ts=Tt)内的位置是对称的，所以称为对tTs1Msint14T3（3-s1Msint14Ts1MsintTt1Msin脉冲宽度为：（3-1122t1为采样点(此处为顶点采样)的时刻。式（3-2）中，采样点时刻式（3-1）中只NM无关，且t1kTtk0,1N13-34理论分析与4.1最大功率点跟MPPT的控制方法与参数4.1CVT(ConstantVoltageTracking)方式。对于光伏最大功UdMPPTMPPT性，系统采用DSP快速的运算功能实现MPPT的数字化控制，使系统结构更为简单，也便于调被控电压YSPWM驱给定值4-2MPPT控制原理框给定Uset默认为30V，Ud被控电压YSPWM驱给定值4-2MPPT控制原理框给定Uset默认为30V，Ud为实际采样值，DSP片的ADC集后经计算得到UrefUf的信号经过电压比较器在设计中，SPWM载波频率为30KHz，SPWM中断时间间隔大约为33us，正弦表格为128个点，每个点对应的电角度为2.8度，CPU时钟频率为125MHz。从实验结果来看，按上述方法设计的锁相环的锁相误差不超过一个PWM中断时间1/128工频周期，可见锁相误差不0.5%，完全可以满足本系统中的谐波检测和光伏并网需要。30kHz。从桥式逆变的结构看，选择导通电阻Ron小、开启速度快的N沟道MOS管，能够导通电阻的损耗和开关损耗。作为功率MOSFET来说，有两项参数是最重要的，一个是一个MOSFET管完全导通时的功耗（传导损耗）P可近似为2Pon其Id/（ton+（4-为漏极电3A，RDS=3.7mΩ，tonMOSFET完全导通时间，可按开关周期占50%计算。则可计算出Pon=16.65mW一个MOSFET管的驱动损耗主要是栅极电荷的充电和放电的损耗PC，可近似=QG（4-QG为栅极电荷150nC，VGS为栅源电压12V，f为开关频率30kHz。则PC=54mW 偏差 PI控制 -DSP控 确保栅极驱动的内阻要够小，驱动功率足够大，以加快上升沿和下降沿的速度，减少处于确保栅极驱动的内阻要够小，驱动功率足够大，以加快上升沿和下降沿的速度，减少处于120V，VDD20V1MHz20ns，3A输入／3A输出电流，负载为1000pF时，上升／下降时间分别为8ns/7ns。4.4滤波电路设计和在逆变器的输出中除含有需要的基波外，还含有逆变器开关频率和开关频率整数倍附近的谐波，如果不能滤除这些高频谐波，将会给电网带来高频谐波污染，也不能达到系统C除高次谐波，LCt4-3C12V G(s)onS22S112Vs2si nn11LC，其中，L=L1+L2，n。由相关自控原理知，影响滤波效果的参数主要是转折角频率n和阻尼12V G(s)onS22S112Vs2si nn11LC，其中，L=L1+L2，n。由相关自控原理知，影响滤波效果的参数主要是转折角频率n和阻尼。通常，选以及其附近频带的谐波具有明显的抑制作用。系统中，逆变输出是频率为24-36kHz的L=L1+L2=410uHC=20uF/50V5系统结5.1系统总体结主电路，交流滤波电路组成。逆变主电路拓扑采用单项桥式结构。系统结构框图见图5-5-15.2显示驱动结5.3模拟信号调理电路5-35-15.2显示驱动结5.3模拟信号调理电路5-3主电路及驱RDS；最高电压为20V；工作频率超过1MHz；传输延迟时间为20ns；3A输入／3A输出电1000pF8ns/7ns。具备独立输入的高侧／低侧驱动1ns动和抗干扰能力强。电路如图6-1所示。主电路及驱RDS；最高电压为20V；工作频率超过1MHz；传输延迟时间为20ns；3A输入／3A输出电1000pF8ns/7ns。具备独立输入的高侧／低侧驱动1ns动和抗干扰能力强。电路如图6-1所示。 530468006-1MOSFETDSP处理DSP：DSP（数字电源：+1.8V，+3.3V，模拟电源：+3.3V），16ADC（256K*16bitSRAM，SD），人机交互口，4个LED指示灯，复位电路，下载器接口等。DSP121 7656-2 RU512433210 7656-2 RU51243321048482121 423123456RS8 6-4输出交流电压的检测电路和输出电流检测电路结构相同。输出电压通过隔离变压器输BV0~3VADCDSP128FFT 51Uin+6721流6052Ui-32样器Ui+1 423123456RS8 6-4输出交流电压的检测电路和输出电流检测电路结构相同。输出电压通过隔离变压器输BV0~3VADCDSP128FFT 51Uin+6721流6052Ui-32样器Ui+捕捉模块中，计算出正弦电压的频率和相位。DSPCAP转时避免振荡，以免造成CAP的误触发。48V-84V+1 CAV NC 2306-6系统电源即：上电时，首先应保证所有模块的3.3V电压(包括VDDIO、DD3VFL、VDDl.5V8us5643 9 6-7DSP电源电路（数字部分声、高2306-6系统电源即：上电时，首先应保证所有模块的3.3V电压(包括VDDIO、DD3VFL、VDDl.5V8us5643 9 6-7DSP电源电路（数字部分声、高电源抑制比（PSRR）的优点，能DSP提供稳定的模拟电源，实现ADC的高精度数据采集转换。电路见图6-8。48V-4826-8DSP电源电路（模拟部分0 互感器供电。TPS61085是升压开关电源芯片，输入Vin=2.3V~6V，输出1263742 212134C5110uF6-8DSP电源电路（模拟部分0 互感器供电。TPS61085是升压开关电源芯片，输入Vin=2.3V~6V，输出1263742 212134C5110uF06-10TPS61085543216SW17235816 4TPS5430 06-116.5显示电路电路，背光单元，17235816 4TPS5430 06-116.5显示电路电路，背光单元，四线制触摸面板组成。全频尺寸4.3英寸，分辨率480*272,可以显示最高1670万色，适合于移动产品的显示应用。TFT-LCD5（DCLK，HSYNC，VSYNC，DISP，DE），24数据线（R0~R7，G0~G7，B0~B7）组成。DCLK，HSYNC，VSYNCDISP使能控制线，，DE为数据使能控制线，24根数据线对应RGB（R-RED，G-GREEN，B-BLUE）三种颜色，其中每种颜色各8根数据线。考虑到实际应用的需要以及DSP、SRAM的存储能力，RGB153芯片，控制采用并行总线方式，共18位地址线，16位数据线，5位控制线。系统采用CPLD对其进行驱动。6.6抗干扰措性。同时，该电路对差模噪声也有一定的滤波作用。电路如图6-12所示。943 21系统43 21系统控制系统启动过程：（开机自检Us，并将SPWM断、ePWM中断等。计算SPWM波YYNNYNYNYYNYNSPWM波采DSP的增强型脉宽调制PWM输出模块(ePWM)产生计算SPWM波YYNNYNYNYYNYNSPWM波采DSP的增强型脉宽调制PWM输出模块(ePWM)产生，ePWM每个模块都能生2个独立的PWM信号，6个模块全部具有相同功能并且采用相同的编程方法。因此，每个模块都可独立于其它模块生成中断并且可以在不同时间触发模拟／数字转换器(ADC)。限定(AQ)子模块、死区(DB)发生器子模块、PWM斩波器(PC)子模块、故障断路器(Trip5s延ePWM误触发。由于受到开关管高频调制的干扰以及来自地线上的其它一些高频干扰，送入DSP当捕获模块出现上升沿时，触发捕获中断，在中断中将计数器值赋给cnt2，并与前一为0~4095之间的数字量，再进行比例积分运算处理。128法滤波的方法，来获取直流模拟信号。片上的ADCEPWM模块驱动，通过EPWM的周期来改变ADC采样率，ADC采样率为6.4kHz。PISPWMMUs/2。7.3动，以完成欠压保护。若Ud恢复正常，则开通NMOS管驱动。PISPWMMUs/2。7.3动，以完成欠压保护。若Ud恢复正常，则开通NMOS管驱动。7.2频谱分析流FFT128点FFT最高可分析至32次谐波。7-2FFT7-3NTHD2UUk17.3人机交互流7-3NTHD2UUk17.3人机交互流7-4TFT 4.3”TFTLCD，能够正确、直观地显示输出波形、频谱特性以及输入电测量仪7-4TFT 4.3”TFTLCD，能够正确、直观地显示输出波形、频谱特性以及输入电测量仪 11229.2测量方9-19.3基础要求性能（1）最大功率点跟踪测Ud=Us/2e=|(U9.2测量方9-19.3基础要求性能（1）最大功率点跟踪测Ud=Us/2e=|(Ud-Ud（实测）)|/Ud：9-2（2）频率跟踪测条件：采用数字示波器及信号发生器（频率档）测试，调节信号发生器fREF在给定范围内变化时，fFfREF相对偏差绝对值e=|fREF-fF|/9-3端），EFfF相对偏差绝实测绝对误电阻（欧Ud= 相对偏差USUd实测绝对误3数字合成信号发生器1中策电41中策电51效率:9-4注:本装置所显示的输出电流,电压分别为题目中的变压器次边的Io,Uo=Io*UoPo/Pd，PdUdId。测试表中的输出电压、电流及效率为变压器原边的测试结果。因此，录像中TFTLCD上所显示的效率较实测数据偏低。条件：采用失真度仪测试（≤5%效率:9-4注:本装置所显示的输出电流,电压分别为题目中的变压器次边的Io,Uo=Io*UoPo/Pd，PdUdId。测试表中的