一種基于TMS320LF2407的并網(wǎng)逆變器控制策略

0 引言

為了解決即將到來(lái)的能源危機(jī)，開發(fā)綠色的、可持續(xù)的新型能源已成為近年來(lái)的研究焦點(diǎn)。其中，能饋系統(tǒng)和光伏系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)已取得一定成績(jī)，而并網(wǎng)逆變器（又稱有源逆變器）作為它們與電網(wǎng)的接入口，扮演著極重要的角色。本文介紹一種采用TI公司TMS320LF2407DSP芯片實(shí)現(xiàn)的電壓型單相全橋并網(wǎng)逆變器，該逆變器基于電壓相量圖的間接電流控制，輸出為單位功率因數(shù)，而且確保了其能量只能從逆變器到電網(wǎng)的單向流動(dòng)，從而避免了能量倒灌帶來(lái)的逆變器功率器件的損壞。該方案控制簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，具有較好的應(yīng)用效果。

1 控制策略及其實(shí)現(xiàn)

1.1 并網(wǎng)逆變器主電路

圖1為并網(wǎng)逆變器主電路框圖。圖中，高壓直流一般由低壓直流（例如，光伏系統(tǒng)中的蓄電池組，電子模擬負(fù)載系統(tǒng)中的電源模塊輸出）經(jīng)過(guò)DC/DC升壓后得到，幅值在400V左右，且電壓波動(dòng)范圍不大。逆變器輸出和電網(wǎng)之間的電感L1，用于濾除高次諧波電流，平衡逆變器和電網(wǎng)基波（50Hz）之間的電壓差，是整個(gè)系統(tǒng)控制策略的關(guān)鍵所在。這樣的電路結(jié)構(gòu)具有體積小，電流應(yīng)力小，畸變率小的優(yōu)點(diǎn)，而且集中控制簡(jiǎn)單。

圖1 并網(wǎng)逆變器的主電路框圖

1.2 并網(wǎng)逆變器電壓相量圖分析

在功率因數(shù)為1的條件下，基波電壓向量可由圖2表示。圖中Ua為逆變器輸出電壓的基波有效值，UL為電感L1兩端電壓的基波有效值，UN為電網(wǎng)電壓。

圖2 Ua、UL和UN相量圖

超前角度β=β1固定不變時(shí)，設(shè)逆變器工作在p2n2點(diǎn)，送至電網(wǎng)的功率為Po，由圖2的關(guān)系可知，Po=UNIN，UL=INωL1，據(jù)三角函數(shù)關(guān)系有

tanβ1=PoωL1/UN2（1）

可見，在電感數(shù)值和電網(wǎng)電壓確定的條件下，依據(jù)給定的功率，可以確定超前角度β1，即可以確定逆變器控制信號(hào)的相位。

設(shè)電網(wǎng)電壓在n2點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)220V，當(dāng)它降低（從n2到n1）或升高（從n2到n3）時(shí)，逆變器的輸出電壓也隨之變化（從p2到p1或從p2到p3），可以保證工作在單位功率因數(shù)，當(dāng)然送出的功率也會(huì)變化。由于電網(wǎng)電壓波動(dòng)不大，因此功率變化不會(huì)很大。這個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程的關(guān)系也可以由圖2得出

Uacosβ1=UN（2）

由SPWM逆變器有

Ua=mUd/（3）

式中：m為調(diào)制比；

Ud為逆變器輸入側(cè)直流母線電壓。

由式（2）和（3）得

m=UN/Udcosβ1（4）

從而可知，超前角度不變時(shí)，根據(jù)實(shí)時(shí)檢測(cè)到的直流側(cè)電壓和電網(wǎng)電壓，改變調(diào)制比m，可以使得電路在直流母線電壓和電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)，一直工作在單位功率因數(shù)。