3000W光伏并网逆变器软件总体技术方案V2.0

3000W光伏并网逆变器软件总体技术方案

一、DSP控制方案

1、采用双DSP控制方案：

控制板的核心控制芯片采用美国TI公司的280X系列DSP 芯片TMS320F2808PZS(温度范围为-40°C~+125°C)。

2、主DSP控制板实现的主要功能如下：

主控DSP实现功能：前级BOOST、后级逆变控制、MPPT算法、锁相、模拟量采样、定时器管理、散热管理、输入输出逻辑管理、交直流量的计算、故障管理、IO口管理、I2C管理、开关机管理、485通讯管理、232通讯管理、LCD显示管理、绝缘阻抗检测及相关保护等功能。

(1)模拟量检测：

完成输出滤波电感电流IL、电网电压V_grid、Boost母线电压Vbus、电池电压Vpv、电池电流Ipv、散热器温度V_temp、绝缘阻抗检测V_R、漏电流检测I_leak、逆变器输出电压Vout_inv、1.5V参考电压、2.048V参考电压等11路模拟量的检测。

(2)数字控制：

完成MPPT、BOOST、全桥逆变电路的PWM控制、锁相功能。

(3)IO控制与检测：

完成输出继电器等的控制、绝缘阻抗继电器控制、正常灯与故障灯的控制、LCD显示功能控制、RS485的接收/发送控制功能。

(4)保护功能（待定）：

完成母线过欠压、散热器过热，输出过流，电网过欠压、电网过欠频、LN短路、漏电流过大、绝缘阻抗过小、PV过压、PV过流、输入过功率、E2PROM读写错误、绝缘阻抗检测继电器故障、输出继电器故障、直流分量过大、一致性故障、SCI232通讯故障、DC传感器故障、CFCI故障、未连接电网故障、孤岛检测。；

(5)LCD显示及驱动控制：

IO口驱动

(6)EEPROM读写（存储数据待定）：

完成ADC通道校正系数读写、系统配置信息读写、事件记录信息读写功能，I2C通讯。

(7)RS485通讯：

模块与后台通讯。

(8)RS232通讯：

DSP之间通讯

3、从DSP控制板实现的主要功能如下：

两路RS232通讯管理、相关保护功能

二、控制板硬件方案

a)电源方案

由辅助电源板（输入为PV电压）给控制板提供正负12V电压。在控制板上将+12V再转换为以下各种电源：

3.3V（开关稳压，L5973）；

2.048V（专用芯片稳压，REF3020AIDBZ）；

1.8V（LM1117线性稳压）。

注：通讯电路的5V电源经12V由7805芯片完成。

b)主DSP

三、程序架构

1、主从DSP单板软件为典型的主循环程序+中断服务程序的结构

程序总体架构如下图所示：

2、主CPU模块时序和状态控制循环程序：

模块时序和状态控制循环程序框图：

EPWM1中断流程图如下所示：

3、从CPU模块时序和状态控制循环程序：

模块时序和状态控制循环程序框图：

EPWM1中断流程图如下所示：

4、中断服务程序：

(1)EPWM1的周期中断

EPWM1的周期中断（高优先级），EPWM1的开关频率20kHz，设置为每1个开关周期产生一次中断，即每50us产生一次中断；在该中断中负责AD进行数据采样，Boost控制器的计算、Invertor控制器的计算、交流量的计算，SCI(波特率为19200bps) (查询方式)。

由于各功率变换器大都采用平均电流控制，要求EPWM大都设计为对称三角波连续增/减方式，而ADC检测的启动时刻必须在EPWM三角波的波顶或者波底处。本产品将ADC检测的自动启动点选择在EPWM1的周期中断处自动启动所有ADC检测通道自动顺序采样。为了保证各电流采样接近其平均值，把电流采样，尤其是电感电流采样放在转换顺序的最前面，而低速的检测信号和直流检测信号均放在后面。

注：定标原则为额定值对应4096。

4、定时器服务程序：

定时器T0：定时器T0设置为时基为1us，定时器周期为4294967296us。该定时器作用：在此基础上用软件产生5ms、1s的时钟脉冲，用于各种功能的延时计数用。

5、Boost控制方案

方案一：开关频率为20KHz，采样Vpv、Ipv值再采用导纳增量法或者扰动观察法实现MPPT，此方案BOOST只实现MPPT和完成升压，但不完成BOOST母线稳压。

方案二：开关频率为20KHz，采样Ipv、Uboost，采用电压电流双环实现BOOST母线稳压，此方案BOOST只完成稳压功能，不做MPPT功能。（采用此方案）

6、逆变器控制方案

方案一：开关频率为20KHz，采样母线电压、输出滤波电感电流、电网电压，此方案逆变器实现母线电压稳定在400V，输出与电网同频同相的正弦波电流。电网电压作用：实现软件锁相及前馈以解耦市电对输出并网电流的影响。

逆变电路的控制分为并网电流内环和母线电压外环双环控制。电流内环控制并网电流跟踪指令值iref并使iref和电网电压同频同相;电压外环控制母线电压为指令值Uref并给定电流内环指令电流iref的幅值。控制框图如下

LC型滤波器控制框图

方案二：开关频率为20KHz，采样Vpv、Ipv、Vgrid、IL，此方案逆变器实现MPPT和并网。控制框图如下（采用此方案）