基于DSP生成SVPWM在逆变电源中的应用

本文描述一个应用于光伏并网发电系统，采用直接电流控制的三相电压源型PWM并网逆变器的设计过程，并对逆变器的控制策略进行了分析和研究，并采用三菱公司的智能功率模块IPM50RSA060和德州仪器(TI)公司的DSP芯片TMS320LF2407设计了原型样机。最后的实验结果表明采用PWM控制的逆变器适合应用于中小型功率光伏并网发电系统，且有广泛的应用前景。

　　1 光伏并网

　　发电系统组成

　　光伏并网发电系统主要由太阳能电池板(即光伏阵列)，并网逆变器,滤波电抗器和DSP控制电路构成。整个系统的结构如图1所示。

　　由图1可见光伏并网发电系统利用太阳能电池板将太阳能转化为直流电能，再利用并网逆变器的受控电流源特性，控制逆变器运行在发电状态,将直流电转化为交流电馈送电网。

　　

 

　　整个系统能量的变换和传递过程，是利用IPM模块构成的并网逆变器路来实现的，而并网逆变器的控制则是通过DSP生成驱动主电路的PWM信号来完成。

　　2 并网逆变器控制原理

　　根据光伏并网发电系统的工作原理可知，并网逆变器是整个并网发电系统的核心装置，并网逆变器的性能决定着整个系统的性能。针对图l所示的光伏并网发电系统,本文所设计的并网逆变器采用三相半桥逆变器拓扑结构，其结构如图2所示。

　　

 

　　并网逆变器交流侧所输出的电压电流信号满足下列方程式

　　

 

　　上述模型中L代表交流侧电感参数，R为电感中的寄生电阻，由于电感等效阻抗远大于电阻阻值，在系统设计过程中R对调节器设计影响可以忽略。

　　根据三相电压源型PWM并网逆变器的数学模型，可知并网逆变器通过控制三相电压源型逆变器桥臂输出电压来控制输出电流，在控制输出电流得同时，为提高光伏并网逆变系统发电量，充分利用在同等光照条件的光伏阵列所能提供的最大功率，在相应的光伏并网逆变器装置控制系统中引入了最大功率点跟踪(MPPT)技术。

　　图2所示为并网逆变器控制结构。从图2中可知并网逆变器控制结构的外环为功率环，采用自寻优MPPT算法。自寻优算法通过采样当前逆变器装置的输出电压电流信号计算出当前时刻的输出功率，再与前一时刻所计算出的输出功率进行比较，根据输出功率的大小不断调整并网逆变器的工作点，最终使得并网逆变器的工作点沿着光伏阵列最大功率曲线变化。逆变器根据MPPT算法计算出的光伏阵列在此功率点下直流电压环指令信号，电压环的误差信号经由PI调节器环节后输出电流环幅值指令，幅值指令与电网电压的同步信号相乘作为电流环的同步指令信号，系统的输出电流由电流误差和内环比例调节器控制，电流环的增益决定着系统输出电流能否准确跟踪指令信号，同时决定光伏并网系统能否以单位功率因数实现最大功率并网发电。