太陽能并網(wǎng)逆變器控制單元的設計-軟件部分【畢業(yè)設計】

1、<p><b>　　（20_ _屆）</b></p><p><b>　　本科畢業(yè)設計</b></p><p>　　太陽能并網(wǎng)逆變器控制單元的設計-軟件部分</p><p>　　所在學院 </p><p>　　專業(yè)班級 測

2、控技術與儀器 </p><p>　　學生姓名 學號 </p><p>　　指導教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b>&

3、lt;/p><p>　　隨著世界能源危機和環(huán)境問題日益嚴重，開發(fā)可再生能源和各種綠色能源越來越被人們重視。隨著電力電子技術的不斷進步，太陽能光伏發(fā)電不斷向低成本，高效率和高功率密度方向發(fā)展，高性能數(shù)字信號處理芯片DSP的出現(xiàn)，使得一些先進的控制策略應用于光伏并網(wǎng)控制。</p><p>　　本論文研究太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)控制算法，從逆變器的開關損耗、波形失真度、電壓利用率角度出發(fā)，對正弦脈寬調

4、制SPWM（Sine Pulse Width Modulation）和空間矢量脈寬調制SVPWM（Space Vector Pulse Width Modulation）進行深入研究。</p><p>　　本論文首先詳細分析了對稱規(guī)則采樣產(chǎn)生SPWM波的算法，以DSP芯片TMS320F2812為控制器，給出了SPWM波的實現(xiàn)方法。通過軟件調試，得到了正確的波形，驗證了該算法的可行性。</p><

5、;p>　　論文隨后詳細分析了空間矢量脈寬調制SVPWM波的算法，同樣是以DSP芯片TMS320F2812為控制器，給出了SVPWM波的實現(xiàn)方法。在CCS的編譯環(huán)境下調試編譯通過，得到了正確的波形，驗證了算法。</p><p>　　最后，對上述兩種算法進行了比較，總結兩種算法的優(yōu)缺點。</p><p>　　關鍵詞：光伏逆變，TMS320F2812，SPWM,SVPWM</p>

6、;<p>　　Grid Integration of Photovoltaic Solar Energy control unit design- Software components</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　As the world energy crisis and growing environm

7、ental problems, development of renewable energy and a variety of green energy has been growing attention. With the continuous advancement of power electronics, solar photovoltaic power generation to keep the low-cost, hi

8、gh efficiency and high power density.High-performance digital signal processing chip DSP making a number of advanced control strategies used in photovoltaic grid control.</p><p>　　This paper is consider the

9、inverter switching losses, waveform distortion, voltage utilization tostudy solar photovoltaic power generation system control algorithms SPWM（Sine Pulse Width Modulation）and SVPWM（Space Vector Pulse Width Modulation）.&l

10、t;/p><p>　　Firstly ,this paper describe symmetrical regular sampling produce SPWM wave, TMS320F2812 DSP chip to the controller, SPWM wave is given realization. Though software debugging, waveform obtained the r

11、ight to verify the feasibility of the algorithm.</p><p>　　Secondly,this paper describe Space Vector Pulse Width Modulation, TMS320F2812 DSP chip to the controller, though software debugging, waveform obtaine

12、d the right to verify the feasibility of the algorithm.</p><p>　　Last but not least,compared two algorithms and summed up the advantages and disadvantages.</p><p>　　Keywords: Photovoltaic Invert

13、er , TMS320F2812，SPWM,SVPWM</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p&g

14、t;　　1.1課題的背景及意義1</p><p>　　1.2太陽能光伏逆變發(fā)展現(xiàn)狀2</p><p>　　1.2.1 太陽能逆變器的研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.2.2控制芯片的現(xiàn)狀2</p><p>　　1.2.3 控制策略的研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3課題研究的主要內容3</p&g

15、t;<p>　　2逆變器控制部分的SPWM的軟件實現(xiàn)4</p><p>　　2.1 SPWM技術的原理4</p><p>　　2.2 SPWM波的算法分析4</p><p>　　2.3 SPWM波總體設計5</p><p>　　3逆變器控制部分的SVPWM的軟件實現(xiàn)9</p><p>　　3.1

16、 SVPWM技術的原理9</p><p>　　3.2 SVPWM控制算法14</p><p>　　3.2.1 合成矢量US所處的扇區(qū)N判斷14</p><p>　　3.2.2 基本矢量的作用時間計算和三相PWM波形的合成15</p><p>　　3.3 SVPWM波整體設計17</p><p>　　4 SPW

17、M與SVPWM的比較25</p><p><b>　　結論26</b></p><p><b>　　參考文獻27</b></p><p>　　致謝錯誤!未定義書簽。</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1課題的背

18、景及意義</p><p>　　在人類數(shù)千年的生產(chǎn)生活中，化石能源作為人們最主要的能源已被人們消耗了相當比例，特別是工業(yè)革命以來，化石燃料的消費急劇增大，隨著煤、石油、天然氣等人類社會最主要的能源的日益枯竭并且未來世界對能源消耗將持續(xù)增長，終有一天這些能源不能滿足人們日益增長的需求【1】【2】。</p><p>　　此外，人類肆無忌憚的使用化石燃料給人類生存環(huán)境帶來了嚴重的后果。眾所周知，化

19、石燃料的燃燒會排放大量的溫室氣體進而引發(fā)溫室效應使全球氣候變暖兩極冰山融化，致使海平面上升，嚴重影響人類的生存發(fā)展。在化石能源日益枯竭、環(huán)境污染日益嚴重的背景下，尋找一種可持續(xù)發(fā)展并且無污染新能源已成為全球最關心的問題之一。太陽能作為一種真正的無污染、取之不盡用之不竭的綠色能源越來越得到人們的重視，各種以太陽能為依托的開發(fā)利用技術得以迅速的發(fā)展，其中光伏發(fā)電成為重要的研究領域。</p><p>　　利用太陽能光伏

20、發(fā)電具有：（1）無污染、取之不盡用之不竭。（2）資源的普遍性：基本上不受地區(qū)的限制，只有豐富與欠豐富之別。（4）使用靈活，既可以離網(wǎng)使用也可以并網(wǎng)使用。（5）分布式電力系統(tǒng)：提高了整個能源系統(tǒng)的電能質量和可靠性。（6）可以在負荷中心建立電源支點，降低電網(wǎng)線損?；谶@些優(yōu)點，越來越多資金和人力進入光伏行業(yè)[1,2]。</p><p>　　光伏發(fā)電系統(tǒng)一般是由光伏電池陣列、逆變器、控制器、支架、輸配電纜、開光、熔斷器

21、等一整套“平衡系統(tǒng)”（配套系統(tǒng)）組成【3】。其中，逆變器的任務是控制光伏陣列運行于最大功率點(MPPT)和向電網(wǎng)注入正弦電流?？刂破鞯娜蝿帐强刂乒夥姵刈畲蠊β庶c跟蹤（MPPT）、控制逆變器的并網(wǎng)功率和電流波形，使向電網(wǎng)傳送的功率與光伏陣列模塊所發(fā)的最大電能功率相平衡【1】。</p><p>　　光伏電池的輸出電壓是直流，必須通過逆變器變換為交流才可以并網(wǎng)連接電網(wǎng)。逆變器是光伏供電系統(tǒng)最為關鍵的裝置，它的效率高低

22、不僅影響著光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出電能質量與運行效率，而且還影響著系統(tǒng)各級的電氣設備功耗和投資【3】。國內外的專家學者一直致力于結構靈活、高能量傳輸、低成本的太陽能并網(wǎng)逆變器拓撲結構和算法的研究，使太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)能高效運行。</p><p>　　1.2太陽能光伏逆變發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　1.2.1 太陽能逆變器的研究現(xiàn)狀</p><p>　　并網(wǎng)逆變器作為

23、光伏電池與電網(wǎng)的接口裝置，將光伏電池的直流電能轉換成交流電能并傳輸?shù)焦秒娋W(wǎng)上。在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的中，逆變器起著至關重要的作用?，F(xiàn)代逆變技術為光伏并網(wǎng)發(fā)電的發(fā)展提供了強有力的技術和理論支持。并網(wǎng)逆變器正朝著高轉換效率，高功率密度、高可靠性、智能化的方向發(fā)展。逆變技術的發(fā)展與功率器件及其控制技術的發(fā)展緊密聯(lián)結在一起，一般將其發(fā)展分為五個階段。第一階段：20世紀50-60年代，晶閘管SCR的誕生為正弦波逆變器的發(fā)展創(chuàng)造了條件。第二階段：2

24、0世紀70年代，可關斷晶閘管GTO及雙極型晶體管BJT的問世，使得逆變技術得到發(fā)展和應用。第三個階段：20世紀80年代，功率場效應管、絕緣棚型晶體管。MOS控制晶閘管等功率器件的誕生為逆變器向大容量方向發(fā)展奠定了基礎。第四階段：20世紀90年代，微電子技術的發(fā)展使新的控制技術如矢量控制技術、多電平變換技術、重復控制、模糊控制等技術在逆變領域的應用，極大的促進了逆變技術的發(fā)展。第五階段：21世紀初，逆變技術的發(fā)展隨著電力電子技術、微電子技

25、術和現(xiàn)代控制理論的發(fā)展不斷的改進，正向高頻化、高效率、高功率密度、高可靠性、智能化的方向發(fā)展【6】。</p><p>　　1.2.2控制芯片的現(xiàn)狀</p><p>　　隨著半導體工業(yè)的發(fā)展，功率器件大部分采用了IGBT，而且先進的數(shù)字信號處理器DSP也引入到控制系統(tǒng)中，極大的促進了逆變技術的發(fā)展。世界上的DSP芯片的生產(chǎn)廠家主要有TI公司、AD公司及Motorola公司等，這些廠家生產(chǎn)出來

26、的DSP主要有以下幾個優(yōu)點[8]：1）靈活的指令集。2）內在操作的靈活性。3）高速運算能力。4）并行的運算結構。5）功耗低。目前，TI公司的主要分為3個系列：1）TMS320C2000系列，包括C20X、C24X、C24XX、C28X等，主要應用于數(shù)字控制系統(tǒng)。2）TMS320C5000系列，包括C54X、C55X等，主要應用于便攜式無線終端系統(tǒng)的產(chǎn)品。3）TMS320C6000系列，包括C62X、C64X、C67X等，主要應用于高性能

27、、低功耗的復雜的通信系統(tǒng)或其它一些高端應用等。</p><p>　　1.2.3 控制策略的研究現(xiàn)狀</p><p>　　在控制策略方面目前主要有以下幾種【9】：1）電流瞬間值控制，2）雙閉環(huán)控制，3）SVPWM控制策略，4）無差拍控制，5）多變量狀態(tài)反饋控制，6）滑模控制，7）重復控制技術，8）單周控制。除了以上幾種控制方法外，還有神經(jīng)元網(wǎng)絡控制，模糊控制，廣義預測控制等，作為不需要建立模

28、型的控制策略，在發(fā)揮數(shù)字控制的優(yōu)勢方面都具有各自特點，但是目前實際應用還比較少，大部分處于理論研究階段。</p><p>　　1.3課題研究的主要內容</p><p>　　在傳統(tǒng)能源緊缺環(huán)境污染嚴重的背景下，人們越來越重視研究和發(fā)展可在生能源發(fā)電技術。太陽能光伏發(fā)電以其眾多的優(yōu)點，深深吸引著眾多的研究者從事這方面的研究。太陽能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化結構和高效率的控制策略的結合使，光伏系統(tǒng)對太陽

29、能的利用率越來越高。逆變器是連接光伏陣列模塊和電網(wǎng)的關鍵部件。本論文主要描述使用TI公司的DSP芯片TMS320F2812實現(xiàn)軟件逆變。</p><p>　　本論文從以下幾個方面進行討論：</p><p>　　太陽能光伏發(fā)電逆變器、控制策略的發(fā)展。</p><p>　　描述SPWM的原理與算法并在CCS環(huán)境下編譯驗證。</p><p>　　描

30、述SVPWM的原理與算法并在CCS環(huán)境下編譯驗證。</p><p>　　對上述兩種算法進行了比較，總結兩種算法的優(yōu)缺點</p><p>　　2逆變器控制部分的SPWM的軟件實現(xiàn)</p><p>　　2.1 SPWM技術的原理【10】【11】</p><p>　　PWM的全稱是Pulse Width Modulation（脈沖寬度調制），它是通

31、過改變輸出方波的占空比來改變等效的輸出電壓。所謂SPWM，就是在PWM的基礎上改變了調制脈沖方式，脈沖寬度時間占空比按正弦規(guī)率排列，這樣輸出波形經(jīng)過適當?shù)臑V波可以做到正弦波輸出。</p><p>　　產(chǎn)生SPWM的原理是：用一組等腰三角形與一個正弦波進行比較，其交點就是開關管“開”或“關”的時刻，這組等腰三角形波稱為載波，而正弦波稱為調制波，如圖1所示。</p><p>　　圖1 SPWM

32、波生成方法（5號字體）</p><p>　　2.2 SPWM波的算法分析</p><p>　　本文SPWM逆變電源采用對稱規(guī)則采樣，其原理是用三角波對正弦波進行采樣得到階梯波，在以階梯波形與三角波的交點時刻控制開關器件的通斷從而實現(xiàn)SPWM波。SPWM波對稱規(guī)則，每個脈沖的中點都與相應的三角波中點對稱。如圖2所示，在三角波的負峰時對正弦調制采樣得TP，對正弦波采樣得到E點，E點作水平直線與

33、三角波分別交與A點和B點，在A點和B點控制功率器件的通斷。</p><p>　　圖2 SPWM對稱規(guī)則采樣圖</p><p>　　2.3 SPWM波總體設計</p><p>　?。?） 程序整體的思路</p><p>　　本程序利用TI公司推出的高速數(shù)字信號處理芯片TMS320F2812的EVA和EVB模塊，定時器T1、T2、T3、T4處于

34、連續(xù)遞增/遞減模式，計數(shù)寄存器的數(shù)值變化軌跡就是等腰三角形，也就相當于產(chǎn)生了一系列的等腰三角形，當比較寄存器EvaRegs.CMPRx(x=1、2、3)和EvbRegs.CMPRx（x=4、5、6）與計數(shù)寄存器的數(shù)值相等時，對應的引腳PWMx（x=1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12）上的電平會產(chǎn)生跳變，從而產(chǎn)生一系列占空比不同的方波。這些方波的寬度與比較寄存器的值一一對應，所以只要比較寄存器的值按照正弦的規(guī)律變化，就可

35、以得到SPWM波形。</p><p><b>　?。?）程序流程圖</b></p><p>　　程序主要有主程序和定時器下溢中斷子程序組成，主程序的任務是系統(tǒng)的初始化和產(chǎn)生一個正弦半波數(shù)組列表，并且它是一個無限循環(huán)結構。定時器下溢中斷子程序的主要功能是為比較寄存器賦新值。流程圖如圖3所示.</p><p>　?。?）在CCS環(huán)境下用C語言實現(xiàn)S

36、PWM</p><p>　　CCS是ti公司提供的WINDOWS下的集成開發(fā)環(huán)境，它為程序員開發(fā)和測試實時的和嵌入式的系統(tǒng)起到了加速和增強的作用，通過主機和實時分析工具，CCS方便了使用者對DSP目標的完整進行分析。</p><p>　　本程序把正弦的半波平分為100等份并存入數(shù)組之中，正弦半波的峰值設置為3750，因為本程序把定時器周期設置為3750，其目的是為了產(chǎn)生的SPWM波形頻率為

37、50HZ,具體程序如下：</p><p>　　#include "DSP281x_Device.h"</p><p>　　#include "stdio.h"</p><p>　　#include "math.h"</p><p>　　#include "float.h&

38、quot;</p><p>　　#define TP 3750</p><p>　　#define PI2 2*3.1415925</p><p>　　#define DETA PI2/200</p><p>　　#define INIA 3.1415925/180</p><p>　　void scin();<

39、/p><p>　　int a[101],b[101];</p><p>　　void scin()</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　int i;</b></p><p>　　for(i=0;i<100;i++)</p>&l

40、t;p><b>　　{</b></p><p>　　a[i]=sin(INIA+i*DETA)*3750;</p><p>　　b[i]=cos(INIA+i*DETA)*3750;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　a[i]=0;</b>

41、;</p><p><b>　　} </b></p><p>　　主函數(shù)與中斷子函數(shù)按照圖3所示的流程圖一步一步編譯即可，程序不在列出。</p><p><b>　?。?）實驗結果</b></p><p>　　按照上述思路寫出程序經(jīng)過編譯調試，運行出的SPWM波形正常，并將其用來驅動逆變電路

42、的功率開關管工作，逆變輸出電壓信號經(jīng)過濾波后輸出電壓如圖4所示。</p><p>　　圖4 引腳輸出的SPWM波形</p><p>　　3逆變器控制部分的SVPWM的軟件實現(xiàn)</p><p>　　3.1 SVPWM技術的原理【12】【13】【14】【15】【16】</p><p>　　SVPWM的理論基礎是平均值等效原理，即在一個開關周期內通

43、過對基本電壓矢量加以組合，使其平均值與給定的電壓矢量相等。在某一時刻，電壓矢量旋轉到某個區(qū)域中，可由組成這個區(qū)域的兩個相鄰的非零矢量和零矢量在時間上的不同組合得到。通過控制各個電壓矢量的作用時間，使電壓空間矢量接近按圓軌跡旋轉，通過逆變器的不同的開關狀態(tài)所產(chǎn)生的實際磁通去逼近理想磁通圓，并由兩者的比較結果來決定逆變器的開關狀態(tài)，從而形成PWM波形。逆變電路原理圖如圖 5.</p><p>　　圖5逆變電路原理圖（

44、5號字體）</p><p>　　設直流母線側電壓為Udc,逆變器輸出的三相相電壓為UA,UB,UC,其分別加在空間上互差120°的三相平面靜止坐標系上，而大小則隨著時間按正弦規(guī)律做變化，時間相位互差120°.假設Um為相電壓有效值，f為電源頻率，則有：</p><p>　　可見U(t)是一個旋轉的空間矢量，它的幅值不變，為相電壓峰值，且以一定的角頻率勻速旋轉的空間矢量，

45、而空間矢量U(t)在三相坐標軸（a,b,c）上的投影就是對稱的三相正弦量。</p><p>　　逆變器三相橋共有6個開關管，為了研究方便定義開關函數(shù)Si ( i=A,B,C):</p><p>　　1 當上橋臂器件導通時</p><p><b>　　Si=</b></p><p>　　0 當下橋臂器件導通

46、時</p><p>　　則每一時刻的US將由此時的三個開關函數(shù)值唯一確定,記作US (SA,SB,SC),并稱 (SA,SB,SC)在不同數(shù)值下的組合為逆變器的開關模式。這樣全部組合共有八個，通過執(zhí)行一個d-q變換可以將與8種變換對應的相電壓映射到d-q平面，d-q變換相當于一個三維矢量正交投影到二維d-q平面上，且這個二維平面與矢量（1，1，1）正交。從而得到6個非零矢量U1(001)、U2（010）、U3（0

47、11）、U4(100)、U5(101)、U6(110)和兩個零矢量U0(000)、U7（111）。下面以其中一種開關組合為例分析，假設開關為狀態(tài)為U6(110)，此時UaN=Udc, UbN=UcN=0。加之以下約束條件：</p><p>　　求上述方程得：Ua=2Udc/3, Ub=-Udc/3, Uc=-Udc/3.同理可得其他組合下的空間電壓矢量，如下表：</p><p>　　表1

48、功率開關管的開關狀態(tài)和與之對應的輸出的相電壓和線電壓的關系表</p><p>　　由表1可知，隨著逆變器工作狀態(tài)的切換，電壓空間矢量的幅值不變，而相位每次旋轉60°直到一個周期結束。圖6給出了電壓空間矢量的放射形式和6個扇區(qū)。以區(qū)域I為例說明線性組合方法，設在一個換相周期時間T0內，可用兩個矢量之和表示由兩個矢量線性組合后的新電壓矢量Us，其相位為。如圖7所示。</p><p>

49、　　圖6 電壓空間矢量的放射形式和6個扇區(qū)</p><p>　　圖7電壓空間矢量的線性組合</p><p>　　根據(jù)各個開關狀態(tài)的線電壓表達式可以推出</p><p>　　Us=Uscos+jUssin</p><p>　　Us= =Udc[+(cos+jsin)]</p><p>　　=Udc[+(+j)]=Udc[

50、(+)+j]</p><p>　　分別令實數(shù)項相等和虛數(shù)項相等，則</p><p>　　Uscos=(+)Udc Ussin= Udc</p><p><b>　　解t1和t2,得</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　

51、=</b></p><p>　　在SVPWM調制方案中，零矢量的選擇是最靈活的，適當?shù)倪x擇零矢量可以最大限度的減少開關次數(shù)，盡可能避免在負載電流較大的時刻的開關動作，最大限度的減少開關損耗。換相周期T0應由旋轉磁場所需的頻率決定，設零矢量U0和U7的作用時間為t0和t7。為了減少功率器件的開關次數(shù)，一般使t0和t7相等，因此</p><p>　　t0 =t7=（T0- t4-

52、t6）≥0</p><p>　　這樣通過在不同的區(qū)間內安排不同的開關切換順序，就可以獲得對稱的輸出波形，其他各扇區(qū)的開關順序如下表2：</p><p>　　表2 Us所在位置和開關切換順序對照序</p><p>　　以第I扇區(qū)為例，其所產(chǎn)生的三相波調制波形在時間T0如圖8所示，圖中電壓向量出現(xiàn)的先后順序為U0 、U4 、U6 、U7 、U6 、U4 、U0，各個電

53、壓向量的三相波形則與表2中的開關表示符號相對應。隨著的逐漸增大，Us將依次進入I、II、III、IV、V、VI區(qū)。</p><p>　　圖8 扇區(qū)I內的三相波形</p><p>　　3.2 SVPWM控制算法</p><p>　　通過上述的SVPWM的推導分析可知。首先需要知道參考電壓矢量US所在的區(qū)間位置，然后利用所在扇區(qū)的相鄰兩電壓矢量和適當?shù)牧闶噶縼砗铣蓞⒖茧?/p>

54、壓矢量。</p><p>　　3.2.1 合成矢量US所處的扇區(qū)N判斷</p><p>　　令圖7中USsin=Uβ，UScos=Uα，空間矢量調制的第一步是判斷Uβ和Uα所決定的空間矢量電壓所處的扇區(qū)。</p><p>　　假設合成矢量的電壓矢量落在第I扇區(qū)，則等價條件為：0°≤arctan(Uβ/ Uα)≤60°,等價條件在結合矢量圖幾何關系

55、，可以判斷出合成矢量US落在第I扇區(qū)的充要條件為：Uα ＞0，Uβ ＞0且Uβ/ Uα ＜。同理可得，落在II扇區(qū)的充要條件為：Uα ＞0且Uβ/ |Uα| ＜；落在III區(qū)的充要條件為：Uα ＜0，Uβ ＞0且-Uβ/ Uα ＜；落在IV扇區(qū)的充要條件為：Uα ＜0，Uβ ＜0且Uβ/ Uα ＜；落在V扇區(qū)的充要條件為：Uβ ＜0且-Uβ/ |Uα| ＞；落在VI扇區(qū)的充要條件為：Uα ＞0，Uβ ＜0且-Uβ/

56、Uα ＜；通過分析得到，參考電壓矢量US所在的扇區(qū)完全由Uβ， ， 三式?jīng)Q定，因此令：</p><p>　　在定義，若＞0，則A=1，否則A=0；若＞0，則B=1，否則B=0；若＞0，則C=1，否則C=0。可以看出A,B,C之間共有八種組合，但由判斷扇區(qū)的公式可知A,B,C不會同時為1,或同時為0，所以實際組合是六種，A,B,C組合取不同的值對應著不同的扇區(qū)，并且是一一對應。令N=4*C+2*B+A，則可以通過

57、下表計算參考電壓矢量US所在的扇區(qū)。</p><p>　　表3 N值與扇區(qū)對應關系</p><p>　　3.2.2 基本矢量的作用時間計算和三相PWM波形的合成</p><p>　　以US處于第I扇區(qū)為例進行分析，根據(jù)圖6有：</p><p><b>　　經(jīng)過整理得到：</b></p><p>

58、　　同理可得US在其他扇區(qū)的各矢量作用時間，如表4所示。表中兩個非零矢量作用時間比例系數(shù)K=。</p><p>　　表4 各扇區(qū)基本空間矢量的作用時間</p><p>　　當兩個零電壓矢量作用時間為0時，一個PWM周期內非零電壓矢量的作用時間最長，此時合成的空間電壓矢量幅值最大，但是不會超過圖9 所示的正六邊形邊界。但是當合成的矢量落在該邊界之外的時候，將發(fā)生過調制，逆變器輸出的波形將發(fā)

59、生失真。在SVPWM調制模式下，逆變器能夠輸出的最大不失真電壓為。如果當合成電壓矢量端點落在正六邊形與外接圓之間時，已經(jīng)發(fā)生了過調制，所以要采取過調制處理，需采取比例縮小的措施：</p><p>　　設每個扇區(qū)先發(fā)生的矢量為tx,后發(fā)生的矢量為ty,將電壓矢量軌跡拉回至正六邊形內切圓時兩非零矢量作用時間分別為tx1，ty1，則有比例關系：</p><p><b>　　可以求得&l

60、t;/b></p><p>　　按照上述過程，就能確定每個扇區(qū)相鄰兩電壓空間矢量和零電壓矢量的作用時間。在根據(jù)PWM調制原理，計算出每一相對應比較值，其運算關系如下：</p><p>　　上式中ta,tb,tc分別為相應的比較器的值，而不同的扇區(qū)比較器的值分配不同如表5所示。</p><p>　　圖9 SVPWM模式下的電壓矢量幅值邊界</p>

61、<p>　　表5 不同扇區(qū)的比較器的比較值</p><p>　　其中Ta ，Tb ，Tc分別對應的比較器的值，將這三個值寫入相應的比較寄存器就完成了整個SVPWM的算法。</p><p>　　3.3 SVPWM波整體設計</p><p>　?。?）程序整體的思路</p><p>　　本程序利用TI公司推出的高速數(shù)字信號處理芯片TMS

62、320F2812的EVA 模塊。定時器1采用增減計數(shù)模式，用比較寄存器EvaRegs.CMPRx(x=1、2、3)與定時器的值進行比較使各個引腳輸出高低電平。把一個正弦周期平均分成200等份，再判斷每一等份所對應的扇區(qū)位置。確定了扇區(qū)位置后，計算出每個扇區(qū)的開關切換順序和相對應的作用時間，在根據(jù)PWM調制原理，計算出每一相對應的比較器的值，這樣就能得到SVPWM波形。</p><p><b>　?。?）

63、程序流程圖</b></p><p>　　本程序主要有主程序和定時器下溢中斷子程序組成。主程序主要任務是系統(tǒng)初始化，判斷電壓矢量所在的扇區(qū)位置，使能定時器下溢中斷，開啟定時器1。中斷子程序的主要任務是重新裝配輸出引腳的極性，計算出基本矢量作用時間，在計算出相應的比較器的值。流程圖如圖10所示。</p><p><b>　　圖10 程序流程圖</b></

64、p><p>　　（3）在CCS環(huán)境下用C語言實現(xiàn)SVPWM</p><p>　　重新裝配ACTRA的數(shù)組：</p><p>　　int anticlk[6]={0x4666,0x6666,0x2666,0x3666,0x1666,0x5666};</p><p>　　各點扇區(qū)位置確定子函數(shù)如下：</p><p>　　voi

65、d SECTOR(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　int i,a1 ,b1,c1,n;</p><p>　　float v1,v2,v3;</p><p>　　for(i=0;i<200;i++)</p><p><b>　　{</b&

66、gt;</p><p><b>　　v1=a[i];</b></p><p>　　v2=(-a[i]+b[i]*1.732051)/2;</p><p>　　v3=(-1.732051*b[i]-a[i])/2;</p><p><b>　　if(v1>0)</b></p>&l

67、t;p><b>　　a1=1;</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　a1=0;</b></p><p><b>　　if(v2>0)</b></p><p><b>　　b1=1;<

68、/b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　b1=0;</b></p><p><b>　　if(v3>0)</b></p><p><b>　　c1=1;</b></p><p>

69、<b>　　else</b></p><p><b>　　c1=0;</b></p><p>　　n=4*c1+2*b1+a1;</p><p><b>　　switch(n)</b></p><p><b>　　{</b></p><

70、p>　　case 1:s[i]=2;break;</p><p>　　case 2:s[i]=6;break;</p><p>　　case 3:s[i]=1;break;</p><p>　　case 4:s[i]=4;break;</p><p>　　case 5:s[i]=3;break;</p><p>

71、　　case 6:s[i]=5;break;</p><p>　　default:break;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　定時器下溢中斷子程

72、序如下：</p><p>　　interrupt void eva_T1UFINT_ISR(void) // EV-A</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　int i;</b></p><p><b>　　DINT;</b></p&g

73、t;<p><b>　　if(k<200)</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　i=k;</b></p><p>　　EvaRegs.ACTRA.all=anticlk[s[i]];//重新裝配ACTRA</p><p&g

74、t;<b>　　x=a[i];</b></p><p>　　y=(-a[i]+b[i]*1.732051)/2;</p><p>　　z=(-1.732051*b[i]-a[i])/2;</p><p>　　switch (s[i])</p><p><b>　　{</b></p>&

75、lt;p><b>　　case 1:</b></p><p>　　cmp1=(int)(y*TP),cmp2=(int)(x*TP);</p><p>　　if(cmp1+cmp2>TP)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　cmp1=cmp1/(cmp1+cmp

76、2);</p><p>　　cmp2=cmp2/(cmp1+cmp2);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　ta=(TP-cmp1-cmp2)/4;</p><p>　　tb=ta+cmp1/2;</p><p>　　tc=tb+cmp2/2;</p>&l

77、t;p>　　EvaRegs.CMPR1=tb;</p><p>　　EvaRegs.CMPR2=ta;</p><p>　　EvaRegs.CMPR3=tc;</p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　case 2:</b></p><p

78、>　　cmp1=(int)(-z*TP),cmp2=(int)(-y*TP);</p><p>　　if(cmp1+cmp2>TP)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　cmp1=cmp1/(cmp1+cmp2);</p><p>　　cmp2=cmp2/(cmp1+cmp2);<

79、;/p><p><b>　　}</b></p><p>　　ta=(TP-cmp1-cmp2)/4;</p><p>　　tb=ta+cmp1/2;</p><p>　　tc=tb+cmp2/2;</p><p>　　EvaRegs.CMPR1=ta;</p><p>　　Ev

80、aRegs.CMPR2=tc;</p><p>　　EvaRegs.CMPR3=tb;</p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　case 3:</b></p><p>　　cmp1=(int)(x*TP),cmp2=(int)(z*TP);</p>

81、<p>　　if(cmp1+cmp2>TP)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　cmp1=cmp1/(cmp1+cmp2);</p><p>　　cmp2=cmp2/(cmp1+cmp2);</p><p><b>　　}</b></p>&

82、lt;p>　　ta=(TP-cmp1-cmp2)/4;</p><p>　　tb=ta+cmp1/2;</p><p>　　tc=tb+cmp2/2;</p><p>　　EvaRegs.CMPR1=ta;</p><p>　　EvaRegs.CMPR2=tb;</p><p>　　EvaRegs.CMPR3=t

83、c;</p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　case 4:</b></p><p>　　cmp1=(int)(-y*TP),cmp2=(int)(-x*TP);</p><p>　　if(cmp1+cmp2>TP)</p><p>

84、;<b>　　{</b></p><p>　　cmp1=cmp1/(cmp1+cmp2);</p><p>　　cmp2=cmp2/(cmp1+cmp2);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　ta=(TP-cmp1-cmp2)/4;</p><p>

85、　　tb=ta+cmp1/2;</p><p>　　tc=tb+cmp2/2;</p><p>　　EvaRegs.CMPR1=tc;</p><p>　　EvaRegs.CMPR2=tb;</p><p>　　EvaRegs.CMPR3=ta;</p><p><b>　　break;</b>&

86、lt;/p><p><b>　　case 5:</b></p><p>　　cmp1=(int)(z*TP),cmp2=(int)(y*TP);</p><p>　　if(cmp1+cmp2>TP)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　cmp1=cm

87、p1/(cmp1+cmp2);</p><p>　　cmp2=cmp2/(cmp1+cmp2);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　ta=(TP-cmp1-cmp2)/4;</p><p>　　tb=ta+cmp1/2;</p><p>　　tc=tb+cmp2/2;&l

88、t;/p><p>　　EvaRegs.CMPR1=tc;</p><p>　　EvaRegs.CMPR2=ta;</p><p>　　EvaRegs.CMPR3=tb;</p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　case 6:</b></

89、p><p>　　cmp1=(int)(-x*TP),cmp2=(int)(-z*TP);</p><p>　　if(cmp1+cmp2>TP)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　cmp1=cmp1/(cmp1+cmp2);</p><p>　　cmp2=cmp2/(cm

90、p1+cmp2);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　ta=(TP-cmp1-cmp2)/4;</p><p>　　tb=ta+cmp1/2;</p><p>　　tc=tb+cmp2/2;</p><p>　　EvaRegs.CMPR1=tb;</p>&

91、lt;p>　　EvaRegs.CMPR2=tc;</p><p>　　EvaRegs.CMPR3=ta;</p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　default:</b></p><p><b>　　break;</b></p&

92、gt;<p><b>　　}</b></p><p><b>　　k++;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(k>=200)</p><p><b>　　{</b></p><

93、p><b>　　k=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　EvaRegs.EVAIMRA.bit.T1UFINT=1; </p><p>　　EvaRegs.EVAIFRA.bit.T1UFINT=1;</p><p>　　PieCtrlRegs.PIEAC

94、K.all=0x0002; //響應同組中斷</p><p>　　EINT; //開全局中斷</p><p><b>　　}</b></p><p>　　主程序可以按照主函數(shù)流程圖10一步一步編譯即可，具體程序不在列出。</p><p><b>　　（4

95、）實驗結果</b></p><p>　　按照流程圖所示，在CCS編譯環(huán)境下進行編譯調試，成功得到各個輸出引腳的SVPWM波形，驗證了算法的正確性。如圖11所示。</p><p>　　圖11 引腳輸出的SVPWM波形4 SPWM與SVPWM的比較</p><p>　　SPWM就是在PWM基礎上改變了調制脈沖方式，脈沖占空比按照正弦規(guī)律排列，PWM引腳輸出的

96、波形經(jīng)過適當?shù)臑V波就可以實現(xiàn)正弦波的輸出。本論文采用的是對稱規(guī)則采樣法，其優(yōu)點是計算簡單，便于在線實時運算，缺點就是直流電壓的利用率比較低，線性控制范圍小。</p><p>　　空間電壓矢量PWM與傳統(tǒng)的正弦PWM不同，它是從三相輸出電壓的整體效果出發(fā)，通過控制各個電壓矢量的作用時間和開關狀態(tài)，使電壓空間矢量接近按圓軌跡旋轉。 SVPWM技術與SPWM相比較，繞組電流波形的諧波成分小，而且使直流母線電壓的利用率提

97、高了15.47%。典型的SVPWM是一種對三相正弦波加入了零序分量的調制波進行規(guī)則采樣得到結果，所以兩者在諧波的大致方向上是一致的，但是呢，SVPWM易于硬件電路實現(xiàn)，而SVPWM更適合數(shù)字化控制系統(tǒng)。</p><p><b>　　結論</b></p><p>　　太陽能作為一種綠色能源越來越得到人們的重視，太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電是太陽能應用的主要方向，吸引了很多的研究者

98、。本文從太陽能并網(wǎng)發(fā)電逆變器控制策略出發(fā)，通過翻閱了大量的文獻資料，研究了SPWM和SVPWM的原理，并分析了SPWM和SVPWM的控制算法，并在CCS的編譯環(huán)境下，編譯成功。由于時間有限，本文的工作非常有限，下面我對所做的工作總結如下：</p><p>　　對于控制芯片的使用，本論文所用的是TMS320F2812，在編譯SPWM波形時，根據(jù)SPWM及三相電壓的特點，使用了TMS320F2812芯片內部的事件管理

99、器（EVA、EVB），并使用了每個事件管理器的兩個通用定時器，并且控制6個比較器EvaRegs.CMPRx(x=1、2、3)和EvbRegs.CMPRx（x=4、5、6），使其按照正弦規(guī)律輸出PWM波，驗證算法的正確性。在編譯SVPWM波形時，根據(jù)SVPWM的特性，使用TMS320F2812芯片內部的事件管理器EVA的定時器T1控制3個比較器EvaRegs.CMPRx(x=1、2、3)輸出對應的PWM波，驗證算法的正確性。</p&

100、gt;<p>　　最后，通過對SPWM和SVPWM兩種算法的比較，以及對其波形的觀察，分析這兩種算法的優(yōu)缺點。</p><p>　　國內外專家學者致力于結構靈活、高能量傳輸、低成本的太陽能并網(wǎng)逆變器拓撲結構和算法的研究，使太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)能高效運行。本文只是逆變控制部分的初步探討和膚淺的認識，希望能對以后的工作能有幫助。</p><p><b>　　參考文獻&

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