西安电子科技大学_光伏并网发电模拟装置_王超

⎧∆u(k) = P × e(k) − I × e(k −1) ⎨⎩u(k) = u(k −1) + ∆u(k)
（式 3-1）
其中： u(k) 表示控制量，k 表示时间； ∆u(k) 表示两次控制量的偏差； e(k) 表示目标
输入和实际输入偏差，k 表示时间；P 表示比例系数；I 表示积分系数。比例系数 P 加大， 可以使系统的动作灵敏，速度加快，稳态误差减小。P 偏大，振荡次数加多，调节时间加长。 P 太大时，系统会趋于不稳定。P 太小，又会使系统的动作缓慢。积分系数 I 使系统的稳定 性下降，I 小（积分作用强）会使系统不稳定，但能消除稳态误差，提高系统的控制精度。 因此实际中根据具体的数据不断调节比例系数 P 和积分系数 I，使系统达到要求的指标。
(4) 自动恢复功能
有
(5) 其他
参数显示，异常报警 表 2.1 光伏并网发电模拟装置测试记录
3. 系统方案
3.1 方案论证 由于太阳能电池和蓄电池是直流电源，而负载是交流负载时，故光伏并网发电模拟装置
主要是完成 DC-AC 逆变。 1) 逆变方案 方案一：电压型逆变电路。以大容量电容为储能元件，直流电源电压稳定，输出电压为
RS US
Id D C -A C
Ud
I R 2010
开关驱动器
H电 桥
LC 滤波器
io1 n1
T io n2
uo1
uo
RL
Ud
电压检 测电路
LCD 按键
SPW M EPW M
过流关断
开启 ADC
ADC TM S320 F2 8 0 8
ECAP
DSC
G PIO
有效值检 测电路
鉴相器
Ur e f
图 3.1 系统总体框图
在工业控制领域，外设丰富，性能强大的通用控制处理器已经成为主流。 TI 公司生产 的 c2000 系列 DSP 便是其中的典型代表，本系统采用 TMS320F2808 作为主处理器，完成平 台的各项处理功能。
2. 系统指标
本设计达到了该题目要求的所有基本指标和的发挥部分指标，并在此基础上进行了扩 展。其测试记录如表 2.1。
基本要求总分
(1) η ≥80%满分，每降低 1%扣 0.5 分 η= 82.9
%
(2) THD ≤1%满分，每增加 1%扣 1 分 THD = 0.77 %
相 位 跟 踪 功 能 ： 测量不同 fREF 下 fREF = 45Hz ： ∆ϕ1 = (<3°)
发
RS=RL=30Ω时， 的 ∆ϕ
挥
测 uF 与 uREF 的
3.2 SPWM 产生算法
n3 uf
t PWM 2
t PWM 1
t
图 3.2 SPWM 产生示意图 为了驱动后级 H 桥电路，SPWM 采用双节性调制方法，如图 3.2 所示。通过缓变的正 弦和高频锯齿波比较产生一对互补对称的 SPWM 波，然后送往后级电路。正弦波数据可以 直接由 F2808 的 BOOTROM 的正弦表查出，三角波的载波频率可以通过设置 F2808 的 EPWM 模块的周期寄存器（TBPRD）来实现，在每个三角波周期结束将新的正弦数据置入计数比 较器（CMPA），并采用增减计数和互补模式产生对称的 PWM 波形，这样可以方便正弦信 号的调整和提高电路的效率。本系统中采用 F2808 的 EPWM4 通道产生一对互补对称 的 SPWM 信号。
3.4 同频同相的控制方法
Uref
t uf
t CAP in
t
图 3.4 频率相位信息图
鉴相器模块可实现同频同相的控制。同频同相的控制方法如图 3.3 所示，鉴相器通过硬 件电路将反馈信号 uf 和参考信号 Uref 的频率和相位信息通过矩形脉冲的形式反映出来，然后 送往 F2808 的捕捉单元模块（ECAP），ECAP 对上升沿和下降沿，以及上升沿到上升沿的 时间进行计数，上升沿和下降沿的时间差就是 uf 和 Uref 的相位差，上升沿到上升沿的时间就 是 uf 的频率信息，然后通过软件不断的改变 SPWM 步长与累加器的数值，便可实现频率跟 踪，通过对 SPWM 输出起始地址不断进行修正，实现相位跟踪。
V V，Ud2=
29.8
V
fREF=45Hz 频率跟踪功能：
(2) RS=RL=30Ω时，测量 fREF=50Hz
基
不同 fREF 下的 fF
fREF=55Hz
本
要 求
(3)
RS=RL=30Ω时，测量效率： η≥60%满分，每降低 1%扣 1 分
fF= 44.75 Hz fF= 50.30 Hz
fF= 55.25 Hz
矩形波或阶梯波，电流波形根据负载电阻，电感，电容属性而有所不同。 方案二：电流型逆变电路。直流电源输出端串接大容量电感，电源输出电流稳定。输出
交流电流为矩形波或阶梯波，电压波形近似为正弦波。 方案三：正弦脉冲宽度调制（SPWM）逆变电路。利用脉冲宽度调制技术，以多个脉冲
对应一个周期的交流波形，且按正弦规律控制每个脉冲的宽度，可使负载得到相当接近正弦 波的输出电压和电流。
比 例 环 节 ，P uP
e(t)
30V
uI
积 分 环 节 ，I
u(t) 输入电压 Ud
c(t)
图 3.3 PI 控制器的原理框图 PI 控制器的原理框图如 3.2 所示。PI 控制算法采用增量式 PI 控制算法，它的目标输入 量是输入电压 Ud 的幅值为 30V 时的 AD 输入，实际输入量是输入的电压 Ud 的 AD 输入， 它们之间的相减得到偏差信号 e（t），然后用 PI 算式（式 3-1）得到控制量的偏差，最后将 控制量转换为 SPWM 的控制数据，使整个系统成为一个闭环系统，实现对 SPWM 的控制。
C2000 参赛项目报告（命题组）
题 目：
光伏并网发电模拟装置
学 校：
西安电子科技大学
指导教师：
郭万有（教授）
参赛队成员名单（含个人教育简历）：
王 超、研究生、西安电子科技大学 郝 爽、本科生、西安电子科技大学 白谱伟、研究生、西安电子科技大学
光伏并网发电模拟装置
王超 郝爽 白谱伟
类 序号
型
项目与指标
Uo1= 29.4 V Io1= 0.86 A Ud= 29.9 V Id= 0.95 A
η= 82.9 %
(4) RS=RL=30Ω时，测量 uo 的失真度： THD = 0.77 %
THD ≤5%满分，每增加 1%扣 1 分
(5) 欠压保护 (6) 过流保护功能
工艺
欠压保护功能（有）； 动作电压 Ud（th）= 24.9 V 过流保护功能（有）； 动作电流 Io（th）= 1.45 A
power converter circuit and variable low pass filter. The core of the system is the full bridge circuit and the main controller is the TMS320F2808. The magnitude of SPWM is adjusted based on the output voltage sampling, so that the output power keep being the largest. The output frequency is following the reference frequency based frequency information and phase information from phase detector. [Key Words] full bridge driving H bridge variable low pass filter
部 (3) 相位差 ∆ϕ
fREF = 50Hz ： ∆ϕ2 = (<3°) fREF = 55Hz ： ∆ϕ3 = (<3°)
分
测量容性负载下 fREF = 45Hz ： ∆ϕ1 = (<3°)
的 ∆ϕ
fREF = 50Hz ： ∆ϕ2 = (<3°)
fREF = 55Hz ： ∆ϕ3 = (<大学电子工程学院 邮编 710071）
摘要：本系统涉及三大关键技术：全桥驱动电路、H 桥功率变换电路、低通滤波 器。系统以全桥驱动电路为核心，以 TMS320F2808 数字信号控制器为主控制器 和 SPWM 信号发生器。根据输出电压采样值，调整 SPWM 信号幅度，实现最大 功率点跟踪。根据鉴相器得到的输出信号和参考信号的频率信息和相位信息，对 SPWM 信号做出调整，实现频率跟踪和相位跟踪。 [关键词] 全桥驱动 H 桥功率变换 变频低通滤波器 TMS320F2808 SPWM
Grid simulator based on TMS320F2808
Wangchao, haoshuang, baipuwei
(School of Electrical Engineering, Xidian University)
Abstract： The system contains three key technology: full bridge driving circuit、H bridge
TMS320F2808 SPWM
1. 引言
我们的题目是设计并制作一个光伏并网发电模拟装置，将模拟光伏电池发出的直流电转 化为与电网模拟参考信号同频同相的交流电而实现模拟并网。
尽管寻找新能源的工作已经有悠久的历史了，但是能源的日益短缺已经迫使人们更加努 力的寻找和开发新能源。在这个过程中，人们很自然的把目光投向了各种可再生的替代能源。 光伏发电就是其中之一。光伏发电以其能源清洁性、资源的充足性及潜在的经济性等优势， 在世界范围内受到高度重视。随着造价日益降低，其应用越来越广泛。