基于MATLAB的单相逆变器并网控制技术仿真研究样本.doc

中 北 大 学
毕业论文任务书

学 院、系：
信息商务学院、信息与通信工程系
专 业：
电气工程及其自动化
学 生 姓 名：
雒瑞阳
学 号：
09050444X47
论 文 题 目：
基于MATLAB单相逆变器并网控制技术仿真研究

起 迄 日 期:
月 日~ 月 日
指 导 教 师:
李静
系 主 任:
王明泉

发任务书日期： 月 日

任务书填写规定

1．毕业论文任务书由指引教师依照各课题详细状况填写，经学生所在系负责人审查、签字后生效。此任务书应在毕业论文开始前一周内填好并发给学生；
2．任务书内容必要用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计电子文档原则格式（可从教务处网页上下载）打印，不得随便涂改或潦草书写，禁止打印在其他纸上后剪贴；
3．任务书内填写内容，必要和学生毕业论文完毕状况相一致，若有变更，应当通过所在专业及系主管领导审批后方可重新填写；
4．任务书内关于“学院、系”、“专业”等名称填写，应写中文全称，不能写数字代码。学生“学号”要写全号（如0401X02），不能只写最后2位或1位数字；
5．关于年月日等日期填写，应当按照国标GB/T 7408—94《数据元和互换格式、信息互换、日期和时间表达法》规定规定，一律用阿拉伯数字书写。如“3月15日”或“-03-15”。

毕 业 论 文 任 务 书
1．毕业论文任务和规定：
1、学习单相逆变器并网控制技术工作原理；
2、设计一种基于DSP控制单相并网逆变器。采用电压型逆变器电流控制方式，引入固定载波频率SPWM 逼迫电流跟踪和软件锁相等技术，控制逆变器输出与电网电压频同相并网电流，实现可再生能源以高功率因数回馈电网。
2．毕业论文详细工作内容：
学习知识：需要具备DSP；电力电子技术；Matlab仿真等方面知识。
掌握技术：电力电子技术；DSP控制；单相并网逆变器并网控制技术。
技术规定：设计一种基于DSP控制单相并网逆变器，涉及软件和硬件设计，通过对并网控制和孤岛效应等问题分析，给出详细解决方案.并用Matlab/simulink建立单相并网逆变器功率输出级在闭环状态下仿真模型，观测并网工作时重要观测点电压和电流。
工作(纪律)规定：
遵守学校有关规定。在毕业设计过程中要工作踏实，态度端正，对待问题要实事求是，本着严谨解决问题态度和学风认真完毕设计规定。

毕 业 论 文 任 务 书
3．对毕业论文成果规定：

毕业设计阐明书
有关英文资料翻译

4．毕业论文工作进度筹划：
起 迄 日 期
工 作 内 容
年
月 日 ~ 月 日

月 日 ~ 月 日

月 日 ~ 月 日
月 日 ~ 月 日
月 日 ~ 月 日

查阅资料，理解课题背景，掌握基本技术，制定设计思路，完毕开题报告；
完毕系统方案设计，完毕系统仿真设计，并对成果进行分析
撰写毕业论文阐明书并修改完善
翻译资料及论文修改等
论文答辩

学生所在系审查意见：

系主任：

年 月 日

目 录
1 绪论……………………………………………………………………………………1
1.1 课题研究背景及意义………………………………………………………………1
1.2 国内外发展状况 ………………………………………………………………… 2
1.3 本课题要解决问题 …………………………………………………………… 3
2 单相并网逆变器总体设计 ……………………………………………………… 3
2.1 单相并网逆变器拓扑构造…………………………………………………………3
2.2 单相并网逆变器总体设计及功能划分…………………………………………5
2.2.1 系统主电路拓扑…………………………………………………………………5
2.2.2 系统总体设计及各构成某些简介………………………………………………6
2.3 单相并网逆变器基本原理 …………………………………………………… 8
2.4 系统主电路参数设计 …………………………………………………………… 8
3 并网逆变控制系统硬件设计 ………………………………………………………10
3.1 TMS320F2808DSP及开发环境CCS简介 …………………………………………10
3.2 并网逆变控制系统硬件设计 …………………………………………………11
3.2.1 辅助电源设计 …………………………………………………………………11
3.2.2 电压检测电路设计………………………………………………………… 12
3.2.3 电流检测电路设计………………………………………………………… 13
3.2.4 过零检测电路设计 ……………………………………………………………13
3.2.5 IGBT驱动电路设计 ……………………………………………………………14
4 并网逆变控制系统软件设计 ……………………………………………………14
4.1 软件总体设计 ……………………………………………………………………14
4.2 主程序设计 ………………………………………………………………………15
4.3 定期器下溢中断程序设计 ………………………………………………………15
4.4 捕获中断程序设计……………………………………………………………… 17
4.5 故障保护中断程序设计………………………………………………………… 18
5 并网逆变器控制方略研究与实现……………………………………………… 20
5.1 SPWM技术简介…………………………………………………………………… 20
5.2 逆变器并网运营时控制方略分析…………………………………………… 23
5.2.1 并网逆变器输出控制……………………………………………………… 23
5.2.2 并网电流控制方略研究……………………………………………………… 24
5.2.3 并网电流闭环控制系统数学模型…………………………………………… 26
5.2.4 PI控制器参数设计…………………………………………………………… 27
6 基于SPWM并网系统MATLAB/Simulink仿真…………………………………… 29
6.1 MATLAB简介……………………………………………………………………… 29
6.2 仿真模型建立………………………………………………………………… 29
6.3 模型各某些参数设立…………………………………………………………… 30
6.4 仿真成果………………………………………………………………………… 32
6.5 仿真成果分析…………………………………………………………………… 34
7 结论………………………………………………………………………………… 34
参照文献……………………………………………………………………………… 36
道谢…………………………………………………………………………………… 39
1 绪论
1.1 课题研究背景及意义
在全球生态环境恶化和化石能源逐渐枯竭双重压力下，对新能源研究和运用已成为全球各国关注焦点。除水力发电技术外，风力发电是新能源发电技术中最成熟、最具大规模开发和最有商业化发展前景发电方式[1]。国内并网风电在“十五”期间也得到迅速发展。究竟，全国风电装机总容量为126万千瓦，居世界第十位。到“十一五”末期，全国总装机容量将达到500万千瓦。中华人民共和国将成为继欧洲、美国和印度之后发展风力发电重要市场之一[2]。随着风电场容量越来越大，对系统影响也越来越明显，研究风电并网对系统影响已成为重要课题[3]。
据理解，大某些新能源直接产生能量普通是不稳定，她们在并网时如果不加控制和调节，就会对电网导致冲击，同步为了保证将尽量多有功能量送入电网，在新能源发电系统中还要加上储能环节，这些过程都需要运用变流技术对其进行控制，因而新能源在从其原始状态转化到可供人们实际应用电能过程中与变流技术是密不可分。例如说，在风力发电系统中，风力发电机因风量不稳定，故其输出是13～25V变化交流电，须经充电器整流，再对蓄电池充电，使风力发电机产生电能变成化学能。然后用有保护电路逆变电源，把电池里化学能转变成交流电并入电网，才干保证稳定使用。在这次仿真研究中，我重要就单相逆变器并网控制技术工作原理学习理解，并设计一种基于DSP控制单相逆变器。
作为新能源发电系统和电网接口设备，并网逆变器是研究热点之一。当前并网逆变器从构成构造和单机容量来看，重要分为单级变换和双级变换两种。其中单级式并网逆变器，将直流电直接通过一级直-交变换并网。双级式并网逆变器，由DC/DC升压和DC/AC逆变两级变换构成，普通用于直流侧电压较低、单机容量较小场合[4]。随着系统容量增大，单个逆变器容量已经不能满足规定。为了提高系统功率、可靠性和效率，逆变器可以并联运营，这又不可避免产生了环流，导致输出电流畸变，同步使负载不平衡，从而损害整个系统性能[5]。由于本次研究主体是对于风力发电系统中单相逆变器并网运营，因此必要得兼顾某些风电行业必要面对问题与挑战。由于国内风电并网采用“大规模—高集中—高电压—远距离输送”与欧洲“分散上网、就地消纳”并网方式不同，因此对于电能并网稳定性和应急能力有极高规定[6]。而逆变器则在其中担任了及其重要位置。
1.2 国内外发展状况
随着着世界范畴内开发运用新能源热潮，诸多国家都纷纷研发了光伏发电、风力发电等可再生能源并网发电系统。人们对可再生能源并网发电技术进行了大量研究，并使得该技术得到了迅速发展和应用[7]。当前广泛应用于可再生能源回馈电网系统中方案是：一方面将可再生能源转化成电能形式，然后将电能调节成满足正弦波脉宽调制SPWM（Sinusoidal Pulse Width Modulation）全桥逆变器需要直流电压，最后经SPWM全桥逆变器将可再生能源回馈给交流电网。在整个系统中最重要就是逆变器，它采用是SPWM逆变技术[8]。在理论和实践上，这种方案可以满足新能源回馈电网规定，但由于该方案使用了同步、锁相（PLL）、SPWM脉冲发生器、低通滤波等诸多模仿环节，并且控制办法比较落后，因而使得并网逆变装置控制繁琐，电路复杂，可靠性低，硬件成本高，并网效果不是十分抱负，产品价格昂贵，应用得到限制[9]。
但是，随着世界各国对可再生能源开发注重限度不断提高，针对并网逆变器技术研究也越来越多，人们对以往控制技术局限性，纷纷提出了诸多研究方向，大体可以分为如下几种方向：
1并网逆变器拓扑分类及控制办法研究
当前研究人员提出针对不同系统规定，逆变器应当有着各种不同拓扑构造，对于功率较小并网逆变器可以采用高效、低成本单级变换器，而多级逆变器变换构造可以使用在大功率、宽电压范畴输入应用场合[10]。除此以外，逆变器拓扑构造中还涉及单相、三相；隔离、非隔离；功率单向流动、双向等各种形式 [11]。例如，并网逆变器采用双向功率流动拓扑，在并网工作时，既可以向电网提供电能，同步也可以当电网电能富足时，从公用电网吸取电能，并将其储存起来。因而各种拓扑可以分别使用在不同场合，并且这些拓扑构造可以互相组合成各种不同形式，以满足各种规定。
在控制办法上，随着各种高速数字信号解决器DSP（Digital Singnal Processor）浮现，将先进数字控制应用到并网逆变器控制中研究将到达抱负控制效果，这也是当前研究高性能并网逆变器一种特点[12]。

2逆变器并网控制技术研究
研究人员以为作为一种功能完整并网逆变器系统，其工作模式应比普通独立逆变器更为复杂，它不但可在无市电接入时独立作为电压源逆变，也能在并网时作为电流源工作[13]。针对这些规定，在逆变器并网控制技术上提出了如下几种方面研究方向：逆变器两种工作模式无缝切换技术[14]；逆变器工作过程中同步锁相和电压跟踪技术[15]；并网工作下防孤岛技术[16]。达到并网电压、电流谐波原则闭环控制技术[17]。
3多台并网逆变器并联技术研究
多台逆变器并联可实现大容量供电和冗余供电，因而被公以为当今逆变技术发展重要方向之一[18]。多台逆变器并联实现扩容可大大提高系统灵活性，使系统体积重量大为减少，同步其主开关器件电流应力也可减少，从主线上减少成本和提高功率密度及系统可靠性[19]。
1.3 本课题要解决问题
设计一种基于DSP控制单相并网逆变器。采用电压型逆变器电流控制方式，引入固定载波频率SPWM 逼迫电流跟踪和软件锁相等技术，控制逆变器输出与电网电压同频同相并网电流，实现可再生能源以高功率因数回馈电网。
2 单相并网逆变器总体设计
2.1 单相并网逆变器拓扑构造
并网逆变器拓扑构造有诸多形式，拓扑构造不同，具备特点不同，相应控制办法也不尽相似，因此要先拟定符合设计规定拓扑，然后再展开有关研究。
拓扑构造对逆变器各种性能指标有很大影响，逆变器效率和制导致本都与拓扑关于。风力发电系统在选取并网逆变器拓扑时，重要考虑如何减少成本、提高效率，并且由于逆变器输入直流电压存在波动，因此规定选取拓扑能承受各种实际运营中存在问题[11]。此外，对逆变器输出也有规定，例如输出电流与电网电压同频同相、功率因数为1等等。
依照逆变器输出相数不同，可以划分为单相逆变器、三相逆变器：依照直流输入端储能元件不同，又可以分为电压型并网逆变器和电流型并网逆变器[12]。
本文重点研究单相电压型并网逆变器，其拓扑构造如图2.1所示，电压型逆变器最大特点是在直流输入侧并联滤波电容以稳定直流输入电压，输入可当作恒压源，通过控制开关管动作，在输出端生成一列幅值固定、脉宽变化方波电压。

图2.1 单相电压型并网逆变器拓扑
图2.2给出了单相电流型并网逆变器拓扑，与电压型相比，直流侧不再并联电容，而是串接一种电感，输出侧采用LC滤波器，用来滤除输出电流中高频开关谐波。开关管由可控器件与二极管串联构成，一方面可以阻断反向电流，同步有助于提高耐压。在实际应用中，较少采用电流型并网逆变器，这是由于大多数供电电源都属于电压型，此外输入级串联电感无论在价格还是体积上都不如电容，此外所串联二极管会产生损耗，影响效率。但它也有自己优势，那就是不规定直流电压必要高于网侧电压峰值，低于电网电压也能工作，这省去了中间DC/DC升压环节开销，且采用电感更加耐用，不经常更换，可靠性会提高诸多，因此科研人员对电流型并网逆变器也作了大量研究[13]。
此外可以根据逆变器输入和电网之间有无电气联系，与否隔离，将逆变器分为隔离型和非隔离型：依照逆变器采用几级拓扑，可以将逆变器分为单级式、两级式和多级式逆变器。

图2.2 单相电流型并网逆变器拓扑
2.2 单相并网逆变器总体设计及功能划分
2.2.1 系统主电路拓扑
依照系统设计规定，本文采用单相电压型逆变器构造，逆变电路采用单相全桥构造，逆变器输出由电感滤波后并网。主电路拓扑如图2.3所示。

图2.3 单相并网逆变系统主电路拓扑图

2.2.2 系统总体设计及各构成某些简介
本文设计并网逆变器功率为10kW，图2.4给出了单项并网逆变系统构成框图，从图中可以看出，并网逆变控制系统重要有如下几种某些：辅助电源电路、主控单元、逆变驱动电路、信号采样调理及故障检测电路、滤波电路、通讯接口电路。各某些作用不同，分工协作，构成一种整体。
通讯接口
逆变电路
滤波电路
直流母线
电压检测
信号调理
ADC ePWM ADC eCAP ADC

DSP(TMS320F2808)主控单元
逆变驱动
电路
辅助电源
并网电流采样
信号调理
公共电网
电网电压采样
信号调理
相位捕获
直流母线

控制
保护

图2.4 单相并网逆变器系统构成框图
结合图2.4，现将系统各个模块详细功能分别作简介：
1. 辅助电源电路
稳定电源是整个系统正常工作前提条件，因此电源设计普通是系统设计第一步。规定辅助电源电路为DSP芯片、各种有源器件提供可靠供电，本系统设计辅助电源，从直流输入取电，采用控制芯片UC3844，经变压器产生四路互相隔离电源。
2. 主控单元
主控制器某些设计是系统设计中最核心某些，主控单元性能直接影响系统各项控制指标，通过对各种控制芯片比较，最后选取TI公司DSP（TMS320F2808）芯片。主控单元实现功能可以用图2.5表达，详细描述如下：
（1）产生IGBT驱动信号；
（2）对电网电压完毕锁相，产生同频同相基准信号；
（3）完毕对反馈电流信号控制；
（4）实现系统保护功能；
（5）实现人机交互。
系统采样
调理电路
电网电压
相位检测
IGBT
驱动电路
控制与保护
电路
人机交互
ADC PWM

IO
TMS320F2808
CAP
SCI

图2.5 主控单元模块功能
3. 逆变驱动电路
逆变驱动电路设计直接影响开关管通断，驱动电路作用重要有：
（1）放大PWM驱动信号，驱动逆变桥正常工作；
（2）将四路PWM驱动信号彼此隔离，没有电气联系；
（3）通过光耦将控制电路与主电路电气隔离。
4. 信号采样调理及故障检测电路
为实现逆变系统稳定运营，需要对某些信号进行实时采样，再通过恰当调理后送入DSP解决。当系统故障时，规定逆变器能迅速作出反映。需要采样信号经采样电路送入DSP中，重要涉及如下信号：
（1）直流母线电压采样；
（2）直流电流采样；
（3）电网电压信号，需要测出幅值、频率及相位；
（4）并网电流信号；
（5）逆变器温度信号检测；
（6）继电器开关信号。
采样调理电路要保证采样信号精确性，为系统正常工作提供各种参数，对的参数是实既有效控制前提。保护检测电路要可以保证系统可靠运营，必要有可靠敏捷性，反映要迅速精确。
5. 滤波电路
为保证逆变器输入输出信号都能满足有关规定，本设计在交流输出侧串联滤波电感，从而实现如下作用：
（1）滤除开关管产生高频谐波，保证输出高质量正弦电流；
（2）运用电感对电流阻尼作用，稳定电流，保证系统稳定。
6. 通讯电路
通讯电路可以实现人机交互功能，随时对系统运营状况实行监控，便于远程控制。通讯功能重要运用DSPSCI、CAN等通讯接口。
2.3 单相并网逆变器基本原理
在图2.3中，功率开关元件采用四只IGBT管V1、V2、V3、V4，由DSP输出SPWM脉宽调制信号控制驱动IGBT管导通或截止。当逆变器电路接上直流电源后，先由V1、V4导通，V2、V3截止，则电流由直流电源正极输出，经Vl、滤波器、V4后，再回到电源负极。当V1、V4截止后，V2、V3导通，电流从电源正极经V3、滤波器、V2后，再回到电源负极。此时，逆变器输出端已形成正负交变方波。运用SPWM控制，使得两对IGBT管交替重复开关动作，输出等效交流电压，再通过滤波器作用，使输出端形成正弦波交流信号。同步，为了给交流侧向直流侧反馈无功能量提供通道，逆交桥各臂都并联了反馈二极管，在两对IGBT管交替重复过程中，这些二极管还起到了续流作用。
2.4 系统主电路参数设计
直流侧输入电压Ud选取，并网系统直流侧电压必要不不大于交流侧峰值电压，否则系统不能正常工作。选用直流侧输入电压Ud范畴为200～450V。选用Ud=400V。
开关管IGBT选取。当并网逆变器电路正常工作时，流经功率开关管IGBT电流峰值与滤波电感电流峰值一致，同步考虑到余量，则规定开关管电流额定值必要略不不大于电感峰值最大值。本课题设计并网逆变器输出功率为10kW，输出电流峰值约为64.3A。同步考虑到系统余量，选取功率开关管耐流值应当在100A以上。
在全桥并网逆变电路中，主功率开关管承受最大电压应超过直流输入侧最大电压(450V)，同步从余量和线路寄生参数影响等方面考虑，选用IGBT耐压值应不不大于500V。频率20KHz。
滤波电感选取。滤波电感在整个系统中有两个作用：抑制开关器件高频分量；控制其两端电压来控制并网电流。
忽视电路中电阻R，则电感L计算是：在输入电压和输出电压拟定状况下，输出滤波电感最小值重要由设定电感电流纹波大小来决定。设电感L上电流纹波最大值为，则对于电感L有：
（2.1）
由于，代入式（2.1）则
（2.2）
其中，为载波周期，为直流侧电压。将式（2.2）变换得式（2.3），
（2.3）
对式（2.3）求导，并令导数为0，得到电流纹波最大时调制比。
（2.4）
将式（2.4）代入式（2.3）得，
（2.5）
变换得，
（2.6）
对电压有，
（2.7）
由于则，
（2.8）
其中为电感电压幅值。通过计算得出，
（2.9）
整合式（2.6）与式（2.9）得到，电感L取值范畴。
（2.10）
3 并网逆变控制系统硬件设计
上章中对单相并网逆变控制系统总体设计及各某些模块功能作了详细简介，本章重要就控制系统硬件详细实现作全面简介。
3.1 TMS320F2808DSP及开发环境CCS简介
TI公司生产TMS320F2808是TMS320C200系列下一种定点32位MCU芯片。与TI前期推出C24x系列DSP相比，各项指标均有较大改进，性能也大大提高。主频由40MHz提高到100MHz,构造采用100管脚，体积更小，功耗低，运算能力强，大量应用于工业控制领域，特别在逆变器、数字电源、数字马达控制以及智能传感器控制等领域获得广泛应用。F2808外设资源丰富、片内存储空间足以满足寻常使用、足够多I/O口、非常迅速A/D转换速率等，并且与TMS320F280x系列其她芯片相比具备相似管脚构造，代码也完全兼容，具备较好可移植性。下面对其各项性能指标作个详细简介：
（1）采用高性能静态CMOS技术，100MHz主频，功耗低，设计成低电压形式，内核电源采用1.8V供电，I/O电源采用3.3V供电；
（2）采用高性能32位CPU，哈佛总线构造，中断响应时间短；
（3）片内集成高达64K*16FLASH，18K*16SARAM，1K*16OTP ROM以及4K*16Boot ROM；
（4）代码安全模块提供密码保护高达128位，安全性非常高；
（5）具备35个可独立编程多路复用GPIO通道和43个外设中断；
（6）增强型外设控制单元：一共有16路EPWM通道，其中4路为高辨别率HRPWM，此外12路为普通发波通道；4路捕获输入单元；2路正交编码构造；
（7）3个32位CPU定期器；
（8）16个片上ADC转换通道，精度12位，可以配备为级联模式，构成一种16通道模块，也可以配备成2个独立8通道模块，高达6.25MSPS超快转换速率，可以在160ns内完毕一次A/D转换；
（9）具备丰富通讯接口，支持SPI、SCI、eCAN及I2C各种通讯方式。
DSP开发需要一定软件工具，CCS（Code Composer Studio）就是专门开发DSP一种集成开发环境，可视化限度高，界面良好，集成了编辑、调试代码、跟踪、分析等各种功能[25]。运用CCS开发调试数字信号解决产品时，普通环节如图3.1所示：
应用设计
编辑源代码
创立有关配备和
工程文献
调试
分析和
调节

图3.1 采用CCS开发过程
在这几种开发阶段中，经常运用CCS来实现如下功能单步调试、设立断点、观测变量、配备存储器和寄存器、观测调用堆栈、观测图形、编辑源代码、观测反汇编和C指令执行状况等。
3.2 并网逆变控制系统硬件设计
3.2.1 辅助电源设计
本系统设计辅助电源，从直流输入取电，采用控制芯片UC3844，经变压器产生四路互相隔离电源，分别供应主芯片、IPM模块、继电器和各种有源芯片。如图3.2所示。

3.2 辅助电源电路
3.2.2 电压检测电路设计
本文设计中需要通过霍尔电压传感器检测两路电压信号，分别为一路直流电压信号和一路交流电压信号。在本设计中选用型号为HNV025A霍尔电压传感器。该传感器具备3kV绝缘电压，电源电压±15V，输入额定电流为±10mA，输出额定电流为±25mA，精度为0.6%，响应时间不大于40μs。在设计中，霍尔电压传感器输出电压幅值在[-5V，5V]范畴内。这样输出电压显然与 DSP 端口不匹配，必要要设计电压检测电路和信号调理电路。设计电压检测与调理电路如图3.3所示。

图3.3 电压检测与调理电路原理
由图3.3看出，本设计中电压检测调理电路大体上分为三个某些。霍尔电压传感器输出输入到 Uin，信号输入范畴为[-5V，5V]。这个输入信号一方面通过一种电压跟随器。这个电压跟随器由运算放大器构成，它将传感器输出信号减半，输出范畴为[-2.5，2.5]模仿信号；将模仿信号输入到加法器中解决后输出单极性范畴为[0V，5V] 信号。最后，再通过用一种运算放大器构成电压跟随器将信号减半，输出范畴为[0V，2.5V]信号。这样就可以被DSPAD转换解决了。图中由 R3和 C2构成 AD输入低通滤波器，采用D1和D2作为DSP端限幅电路。
3.2.3 电流检测电路设计
本设计中交流侧电流信号也需要被采集到控制系统中，本设计选用型号HNC100LA霍尔电流传感器将交流侧电流信号解决成一定比例弱电压信号HNC100LA型霍尔电流传感器性能良好：具备2.5kV 绝缘电压，电源电压为±15V，额定电流为100A，输出额定电流为50mA，线性误差在0.15%以内，响应时间为1μs。使用时使被测量电流信号穿过电流传感器中间孔，这时候电流传感器输出端输出解决后采样信号。为了使其输出信号可以被 DSP 检测和解决，电流传感器输出信号也要通过图3.3电流调理电路。
3.2.4 过零检测电路设计
在系统工作时候，需要检测电网电压相位和频率输入到主控芯片中来实现同步。这时候必要使用转换电路将采集到电网电压信号解决成和电网电压正弦波信号过零点一致脉冲信号。这个脉冲信号规定是3.3V，这是由于 TMS320F2808芯片必要输入3.3V信号。如图3.4所示为过零检测电路。

图3.4 过零检测电路
传感器检测到电网电压信号送入到放大电路中，放大电路由LM258来搭建。用这个放大电路控制Q1开断。这样就能产生出和电网电压相应方波信号。在与非门作用下，方波信号成为了数字信号。DSP 捕获端口可以检测到这个数字信号正向脉冲信号，这时，DSP会产生一种中断。这样就能拟定过零点，以此控制输出电流和电网同步。
3.2.5 IGBT驱动电路设计
主电路中IGBT必要要有驱动电路，由于主控芯片输出PWM波是不能直接驱动IGBT。驱动电路重要作用是传递信号和保护。驱动电路通过光耦隔离或者磁隔离来将控制电路和主电路隔离开，以此来保护控制电路。
本文采用光电耦合驱动器HCPLJ312，隔离驱动电路如图3.5所示。DSP输出PWM信号经74LVX4245电平转换后送至HCPLJ3122脚正向输入信号端A，再通过HCPLJ312内部光耦隔离、放大，为IGBT提供+18V正向栅极驱动电压，以及-9 V反向栅极快恢复电压。

图3.5 IGBT隔离驱动电路
4 并网逆变控制系统软件设计
上章对单相并网逆变控制系统硬件设计作了详细简介，本章重要就控制系统软件详细实现作全面简介。
4.1 软件总体设计
并网逆变控制系统总体程序重要涉及四某些：（1）主程序；（2）定期器下溢出中断程序；（3）捕获中断程序；（4）故障保护中断程序。主程序重要完毕DSP系统各类初始化设立，涉及各类寄存器配备，中断使能等。本设计采用三个中断，其中，定期器下溢中断重要完毕A/D采样、控制算法实现和SPWM波产生；捕获中断重要完毕电网电压同步锁相；故障保护中断重要实现当系统浮现故障时，及时封锁脉冲，保护电路。
4.2 主程序设计
主程序采用一种大无限循环，当有中断发生时，跳入中断服务程序中运营，中断服务程序运营结束后返回主程序继续运营，等待下一次中断发生。主程序流程图如下图4.1所示。
开始
系统初始化
配备I/O口
禁止中断初始化中断向量表
外设初始化配备有关外设
开中断
循环等待
结束

图4.1 主程序流程
4.3 定期器下溢中断程序设计
在中断程序中，先完毕对电网电压、并网电流、直流母线电压等信号采样工作，判断与否满足并网条件，满足则闭合继电器并网，然后对电网电压进行锁相，产生正弦基准信号，进而完毕电流控制算法，产生SPWM驱动信号，中断程序还要实现过压、过流保护等工作。详细流程图如图4.2所示。
定期器下溢中断
A/D转换子程序
n+1
满足并网条件
闭合继电器并网
断开继电器
完毕锁相
电流控制算法
调用SPWM程序
返回

N

Y

图4.2 定期器下溢中断流程图
定期器下溢中断一种很重要作用就是生成SPWM驱动信号。SPWM波是幅值相等，脉宽按正弦规律变化一列脉冲波，可以由正弦调制波和三角载波比较产生。在DSP2808中，有专门产生PWM波模块ePWM，PWM波产生重要依托周期寄存器和有关比较寄存器匹配来实现。周期寄存器值能决定三角载波周期，如果计数模式设定为增/减模式，那么三角载波周期就是周期寄存器值2倍。比较寄存器装载正弦波离散化后各个比较点幅值，当计数器值与比较寄存器值相等时，按照有关动作寄存器配备产生高低电平。如果需要变化三角载波频率和比较值，只需要变化EPWM有关周期寄存器和比较寄存器值即可，非常以便。
正弦波幅值可以通过实时计算和查表法两种方式得到，其中实时计算法支持频率变化范畴较大，非常合用于变频调速系统，而查表法更合用于像UPS和对电网电压进行跟踪反馈等频率变化范畴不大场合。
对并网逆变器而言，普通状况下采用查表法产生SPWM波，正弦调制波由一张正弦表提供，表长度由载波比决定。在本设计中，载波频率设为10kHz，调制波频率50Hz，因此载波比为200。
比较寄存器值更新普通都是由中断完毕，本设计采用下溢中断，即当计数器值等于零时触发中断，通过计数器值增减来模仿三角波，可见，在整个过程中，正弦调制波和三角载波都不是实际波形，而是模仿出来、抽象。
4.4 捕获中断程序设计
在并网逆变控制系统中，为了实现并网电流与电网电压同频同相，普通使用锁相环（PLL—Phase Locked Loop）技术。过去锁相技术都是以硬件方式实现，随着DSP应用，软件锁相环（Software PLL）得到极大发展。
普通锁相环实现，都是先将电网电压通过零比较电路，生成同步方波信号，然后通过DSPCapture捕获中断判断过零点并通过时间寄存器实现锁相。该办法属于硬件电路配合软件算法共同实现。
依照调制方式不同，软件锁相环详细实现办法也有不同。采用异步调制时，即保持载波频率不变，这时可采用一种称为异步变频调制锁相算法进行锁相[27，29]。该算法基本思想是：依照控制芯片字长，定义一种长度等于器件字长相位指针Phase-Index，该指针在调制频率下按照一定步长产生步进，会有周期性溢出，运用这个特点可以产生同频率调制信号去控制开关管通断[25，26]。而当采用同步调制时，即保持载波比不变，此时锁相算法采用同步锁相。同步锁相基本思想如下：逆变器采用SPWM控制，载波比N是固定不变，而，当调制波频率变化，相应调节载波频率（即变化三角载波频率），本设计中即变化EPWM_PERIOD，则逆变器输出并网电流频率也会随之变化，因此不断调节SPWM载波频率就能使输出电流频率和电网电压频率一致。本设计就是运用同步锁相思想先实现并网电流与电网电压同频，然后再进行相应相位调节，最后实现同频同相，完毕跟踪。
从上面描述可以看出，锁相过程涉及两某些，频率跟踪和相位同步。普通锁相办法有指针归零法、先调频后调相法[26]。其中指针归零法是最简朴锁相办法，在捕获电网电压过零点CAP1中断内，直接将正弦表指针归零，实现并网电流参照信号与电网电压相位同步。该办法合用于输入频率稳定状况。先调频后调相法是将调频和调相分开进行，一方面实现输出和输入频率达到一致，然后再考虑调相，最后使频率和相位都达到一致；同步调频调相法是将调频调相似时进行，即通过调频实现调相，调频同步能过实现调相，使频率和相位同步与输入达到一致[27]。本文先使用指针归零法，然后再作改进。
本文运用DSP2808内部eCAP模块eCAP 1来捕获电网电压过零点。电网电压过零信号普通由过零比较电路产生，过零比较电路产生电网电压同步方波信号送入eCAP 1，当eCAP 1检测到过零信号上升沿时，触发eCAP 1中断，并将此时间点作为正弦基准信号起点，即正弦表指针复位到零，则实现了锁相功能；每次定期器下溢中断触发时，正弦表指针便增长1位，将表中相应正弦值赋给变量在主程序中计算SPWM波占空比。发生定期器下溢中断时，为了对发生中断次数进行记录，可以设立一种变量n，在eCAP 1再次捕获到电网电压过零点时，一方面判断n与否超过频率正常范畴，设定频率正常范畴为49Hz～51Hz，则n正常范畴为196～204，然后比较变量n和载波比N，如果n=N，阐明频率相似，定期器周期值不变；如果变量n≠N，定期器周期值改为，式中T*为依照前一种载波周期算出新载波周期，并将该值赋给周期寄存器，用于计算下一种正弦周期SPWM波占空比。通过以上环节，调制波频率变化，相应变化载波频率，保证载波比不变，还能实现输出与电网电压同频同相[28]。
同步锁相实现重要依托两个中断配合实现，定期器下溢中断和上升沿捕获中断，其中上升沿捕获中断流程图如图4.3所示。
4.5 故障保护中断程序设计
在上主电之前，普通要先做好系统保护。IPM模块自身具备故障保护功能，为了更好实现保护，提高系统可靠性，硬件上