基于數字移相器的逆變器系統(tǒng)相位跟蹤控制
加入技術交流群
2 相位跟蹤開環(huán)控制原理
開環(huán)控制方式具有控制速度快，控制簡單，穩(wěn)定等優(yōu)點。既然逆變器的輸入輸出有確定的相位關系，那么就可以利用數字移相器的思想進行開環(huán)控制。
數字移相器是一個其輸入輸出信號具有確定相位關系的系統(tǒng)。輸入輸出信號的相位差由系統(tǒng)本身的傳遞函數決定，只與輸入信號的頻率有關。而逆變器實際上也是一類移相器。當兩個系統(tǒng)級聯時，通過設定移相器的傳遞函數，使移相器輸入輸出信號相位差值為逆變器的相反數，那么整個級聯系統(tǒng)就能達到輸入輸出信號同頻同相的效果。
相位跟蹤開環(huán)控制原理如下：SPWM信號的由一組離散正弦調制信號產生，相鄰元素之間相位差為固定值△，利用相位累加方式輸出信號，工作原理類似于DDS。設每次相位增加的時間為AT，通過改變AT，就可以改變調制信號的頻率。控制器首先對電網電壓進行過零捕獲，測得電網電壓的頻率f，并根據f算出并設置△T的值，使得逆變器輸出電流的頻率等于f。然后每當控制器檢測到電網電壓的過零中斷時，根據關系R：P=R(f)，重新設置調制信號的相位指針Pindex為固定初始相位P。這樣調制信號的頻率就嚴格等于電網電壓的頻率，避免由于頻率測量誤差引起相位累積誤差。此時，相位跟蹤誤差主要取決于SPWM的載波頻率。相位跟蹤開環(huán)控制原理框圖如圖2所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/161811.htm
3 相位跟蹤開環(huán)控制軟件實現
為了安全以及簡化系統(tǒng)設計，實驗利用MSP430F2544單片機產生SPWM信號模擬光伏逆變器。MSP430F2544內部具有16 MHz DCO時鐘源，為系統(tǒng)主時鐘。該型號單片機還具有兩個16位定時／計數器：定時器A和定時器B，具有捕獲定時功能。電網電壓頻率的測量由定時器B的CCR1模塊進行測量。時間間隔△T由定時／計數器A的CCR0模塊進行設置。圖3為系統(tǒng)結構圖。
輸入的正弦波信號模擬電網電壓信號。由高速比較器LM311構成過零比較電路將正弦波信號整形成方波信號，然后傳送給MSP430F2544進行捕獲。若忽略LM51311的延時，則方波信號的上升沿即為正弦波的相位為零的時刻點。實際上，過零比較電路是一個相位捕獲器。通過定時器記錄相鄰兩個上升沿的時刻點，算出時間差，即可推出正弦波的頻率。
后級濾波器采用單級L-C無源濾波器。濾波器的截止頻率約為500Hz，而SPWM的載波頻率約為33kHz，這樣就能使輸出正弦波失真度很小。
SPWM信號由單片機的兩個定時器控制產生。定時器A的CCR0控制產生載波頻率，而CCR1為調制值，即正弦波的離散值。定時器A設置為增計數模式，輸出設為PWM復位／置位模式。當定時器的值等于CCR1時復位，等于CCR0時置位且定時器復位并從0開始計數。控制定時器B的CCR0產生正弦調制信號，每當CCR0等于定時器的值時單片機產生中斷，根據相位指針Pindex將下一個正弦波的離散值寫入定時器A的CCR1，這樣輸出正弦波的相位就增加一個△。只要改變定時器B的CCR0的值輸出正弦波的頻率就會發(fā)生改變。電網電壓的過零脈沖信號由定時器B的CCR1進行捕獲，由兩級堆棧TB計算電網電壓的頻率f，并將相應的值寫入定時器B的CCR0寄存器中。在每一個過零中斷到來時，根據頻率f與關系R：P=R(f)算出初始相位，并賦給相位指針Pindex，這樣輸出正弦波的相位就等于電網電壓的相位。圖4為相位跟蹤開環(huán)控制的軟件流程圖。
評論