基于DSP的光伏并网发电系统数字锁相技术
参考基于dsp数字信号处理器光伏并网逆变器的硬件电路设计
本科生毕业设计说明书（毕业论文）题目：基于DSP的光伏并网逆变器硬件电路的设计学生姓名：学号：专业：电气工程及其自动化班级：指导教师：基于DSP的光伏并网逆变器硬件电路的设计摘要由于近年来不可再生能源的不断消耗，能源危机日益凸显，各国都在加紧开发新能源。
太阳能发电作为一种全新的电能生产方式，具有清洁无污染、来源永不衰竭且维护措施简单等特点，因而受到越来越广泛的关注。
本文针对太阳能应用的一个重要研究领域——光伏发电系统，尤其是小功率光伏并网发电系统，设计实现了基于DSP控制的单相光伏并网逆变器的硬件电路。
论文首先介绍了太阳能光伏并网的国内外发展现状，阐述了利用DSP控制光伏并网系统的基本原理。
然后提出了以逆变器DC/AC变换技术为核心的单相光伏并网逆变器的硬件电路设计方案，并在Matlab软件上进行了仿真测试。
最后对后续研究工作进行了展望，为进一步制作电路板及其调试提供了参考。
关键词：光伏并网；逆变器；数字信号处理器；Matlab仿真PV Grid-Connected Inverter Hardware Circuit Design Based on DSPAbstractIn recent years, with the continuous consumption of non-renewable energy, the energy crisis has become increasingly prominent, countries are stepping up the pace to develop new energy. Solar power, as a new energy production methods, owns many features, such as, clean, non-polluting, never failure of source and simple maintenance measures, and thus draws more and more attention. In this paper, as for an important research field of solar energy applications-photovoltaic systems, especially low-power photovoltaic power generation system, the hardware circuit of the DSP-based control of single phase photovoltaic grid-connected inverter is designed and implemented.The paper firstly described the development of solar photovoltaic grid in the world, and explained the basic principles of DSP controlled photovoltaic grid system. Then objective of the single-phase PV grid inverter with the core of DC / AC conversion technology inverter hardware circuit is designed and its simulation tests on the Matlab software is proceeded. Finally, the prospect of follow-up study provides a reference for the further production of circuit boards and their debugging.Key words: grid-connected photovoltaic; inverter; DSP; Matlab simulation目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (6)1.1 课题研究的背景、目的和意义 (6)1.2 国内外研究的现状 (6)1.2.1 国内研究的现状 (2)1.2.2 国外研究的现状 (2)1.3 本课题研究的主要内容 (3)第二章太阳能光伏并网的研究 (4)2.1 光伏并网逆变器的拓扑结构设计 (4)2.1.1 按变压器拓扑结构分类 (4)2.1.2 按功率变换级数分类 (6)2.1.3 按控制方式分类 (7)2.2 光伏并网控制策略基本原理 (10)2.2.1 光伏并网逆变器的控制方式 (10)2.2.2 光伏并网逆变器的控制目标 (10)2.2.3 输出电流控制方式 (11)2.2.4 最大功率点跟踪 (12)2.3 孤岛效应 (14)2.3.1 孤岛效应的影响和危害 (14)2.3.2 孤岛效应的检测方法 (15)第三章基于DSP的并网逆变器硬件电路的设计 (16)3.1 并网逆变器总体结构 (16)3.2 基于DSP的控制系统硬件设计 (16)3.2.1 DSP概述 (17)3.2.2 DSP系统硬件电路设计 (18)3.3 采样和调理保护电路设计 (24)3.4 主电路设计与关键参数选择 (28)3.4.1 Boost电路设计与参数选择 (28)3.4.2 逆变器电路设计与参数选择 (31)第四章光伏并网逆变器仿真测试 (35)4.1 Boost升压电路仿真测试 (35)4.1.1 Matlab搭建电路图 (35)4.1.2 仿真波形和分析 (35)4.2 逆变器电路仿真测试 (36)4.2.1 Matlab搭建电路图 (37)4.2.2 仿真波形和分析 (37)第五章总结和展望 (39)5.1 工作总结 (39)5.2 展望 (39)参考文献 (41)附录 (42)附录A DSP控制电路PCB板 (42)附录B 3D模式的控制电路PCB板 (42)附录C 主电路PCB板 (43)附录D 3D模式的主电路PCB板 (43)附录E 总体原理电路图 (43)附录F DSP控制电路原理图 (43)致谢 (44)绪论课题研究的背景、目的和意义当今世界，人类对于能源的依赖性越来越强，能源已经成为我们生活中必需的部分，它为人类的各项活动提供着动力。
一种应用于光伏并网系统的新型数字锁相方法
一种应用于光伏并网系统的新型数字锁相方法郑飞;吴蓓蓓;张军军;包斯嘉【摘要】基于DSP和现场可编辑门阵列(FGPA)提出了一种适合于单极三相光伏并网系统的控制方案,基于FPGA提出了一种新型数字锁相方法.不仅通过MATIAB/Simulink验证了数字锁相方法的有效性,而且将锁相方法和基于DSP和FPGA的整套控制方案,实际应用于某3 kW单极三相光伏并网逆变器中,并网运行实验表明:所提出的数字锁相方法能确保逆变器输出电流与电网电压同频与同相,并网运行效果良好.【期刊名称】《电气自动化》【年(卷),期】2013(035)003【总页数】3页(P60-62)【关键词】光伏并网系统;数字锁相;DSP;FPGA;并网运行【作者】郑飞;吴蓓蓓;张军军;包斯嘉【作者单位】中国电力科学研究院,江苏南京210003;中国电力科学研究院,江苏南京210003;中国电力科学研究院,江苏南京210003;中国电力科学研究院,江苏南京210003【正文语种】中文【中图分类】TM6150 引言太阳能作为绿色能源越来越受到世界各国的重视，光伏并网发电已成为太阳能利用的主要方式［1－3］。
在光伏并网系统中，一方面为实现并网有功功率最大［4－5］，需要确保逆变器输出电流与电网电压同频与同相;另一方面当电网频率波动时需要尽可能快速、准确地锁定电网频率和相角［6－8］，因此同步锁相是光伏并网系统中的一项关键技术。
目前，由于并网光伏系统一般采用由鉴相器、环路滤波器和压控振荡器构成的闭环调节系统，只有当闭环调节达到稳态时，才能实现逆变器输出电流与电网电压同频与同相;另外闭环调节本质上是一种有差跟踪系统，特别是在锁相环路的增益调节不恰当时其跟踪误差更为明显，锁相的准确性较难保证，并且系统动态响应速度较慢、计算较为复杂和可靠性较低［9］。
本文提出一种基于DSP和FPGA的控制方案，提出了一种新型数字锁相方法，通过MATIAB/Simulink验证该数字锁相方法的有效性后，再将此数字锁相方法及整套控制方案，实际应用于某3 kW单级三相光伏并网逆变器中。
基于DSP的光伏并网系统MPPT算法研究
基于DSP的光伏并网系统MPPT算法研究关键字：电源技术LCD高效背光光伏并网整车控制多载波扩频控制介绍了以DSP为主控芯片的光伏并网系统，它能跟踪光伏阵列最大输出功率点，实现光伏阵列和负载优化匹配，使负载获得最大功率。
在光伏阵列输出功率最大为跟踪目标的定步长MPPT一阶差分算法的基础上，采用以使负载获得最大功率为跟踪目标的变步长寻优MPPT 算法，能够更好地实现最大功率点的跟踪。
实验结果表明：该系统能够快速准确地跟踪太阳能电池最大功率点，并自动同步跟踪电网频率和相位，实现并网电流的正弦波形以便与电网电压同频同相馈入电网，提高了系统逆变效率和可靠性。
太阳能光伏发电是当前利用新能源的主要方式之一，光伏并网发电是光伏发电的发展趋势。
光伏并网发电的主要问题是提高系统中太阳能电池阵列的工作效率和整个系统的工作稳定性，实现并网发电系统输出的交流正弦电流与电网电压同频同相[1-2]。
最大功率点跟踪MPPT(maximum power point tracking)是太阳能光伏发电系统中的重要技术，它能充分提高光伏阵列的整体效率。
在确定的外部条件下，随着负载的变化，太阳能电池的输出功率也会变化，但始终存在一个最大功率点。
当工作环境变化时，特别是日光照度和结温变化时，太阳能电池的输出特性也随之变化，且太阳能电池输出特性的变化非常复杂。
目前太阳能光伏发电系统转换效率较低且价格昂贵，因此，使用最大功率点跟踪技术提高太阳能电池的利用效率，充分利用太阳能电池的转换能量，应是光伏系统研究的一个重要方向。
1 单相光伏并网发电系统的组成单相光伏并网发电系统的功能是将太阳能电池阵列输出的直流电变换为交流电，经过交流滤波后把正弦波交流电送入电网。
并网DC/AC逆变器是光伏并网发电系统的核心部件之一，主要采用电压源型电流控制。
为满足电压源型电流控制并网逆变器的固有交直流变化比关系，即直流侧电压要高于交流侧电压，在光伏电池阵列输出电压较低的系统中，在DC/AC逆变电路前增加一个Boost（升压）电路进行电压匹配。
基于DSP的光伏并网系统的设计
择点处的 目 标函数进行计算 ，不计算导数 ，通过 比较计算结果逐步缩小选择点范围以求收敛到极值 点 ，总体程序 简单 、收敛快 ，是 一种直 接下降算 法 ，所 以可 以采 用单纯形 加速法 实现 ＭＰ Ｔ Ｐ．
依 据 电子 学理论 的光伏 电池 等效数 学模型 ，根据 太 阳电池 电气特性 ，忽 略串联 电阻效应 ，在任 意
太阳辐射强度、环境温度下光伏电池输出功率 ： Ｊ
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０ 引 言
光伏发 电系统通过配合容量适合的逆变器连接到公共 电网上实现并网发电，具有并网功能的光伏 发电系统不需要储能环节 ，分布式光伏并网发电 １ ３ 渐成为太阳能利用的主要方式之一．但光伏系统受 外界温度、光照强度影响显著 ，导致光伏阵列不能持续工作在最大输 出功率点 ，降低能量转换效率 ， 系统工作稳定性差 ，最大输 出功率追踪 Ｍ Ｐ （ ａｉｕ ｏ ｅ Ｐｉ ｒ ｋ ｇ 】 ＰＴ Ｍ ｘ ｍ Ｐｗ ｒ ｏ ｔ ａ ｉ ）是解决问题的关键． ｍ ｎＴ ｃ ｎ ＭＰ Ｐ Ｔ算法主要包括固定 电压法、登山法 、增量导纳法等等 ，将各种算法与优化控制技术相结合是新 近衍 生 出的一类 设 计 模 式 ．近 年 来 ，随着 电 力 电子 及 其 控 制 技 术 的发 展 ，双 向功 率 变 流 的 电压 型 Ｐ ＷＭ （ｕ ｅ ｄ ｏｕ ｔ ｎ Ｐ ｌ ｔ Ｍ ｄｌｉ ）斩波控制技术 日 ｓ Ｗｉ ｈ ａｏ 趋成熟．电力变换环节一方面实现太阳能电池最大功 率点跟踪 ，另一方面实现逆变 电路的正弦波输出和相位控制．本文将根据光伏并网系统的特点 ，设计 直流 变换 （ Ｃ—Ｄ Ｄ Ｃ）升 压变 换控 制 电路 ，以电压型 全控 桥 为逆 变拓 扑 结构 ，结 合改 进 型单 纯形 加 速 法 ，讨论变步长最大输 出功率优化跟踪算法的实际应用．
基于DSP的光伏并网发电系统的设计
The Design of Photovoltaic（PV） Grid Power System Based on DSP（Digital Signal Processing）作者： 辛元芳
作者机构： 安徽理工大学电气与信息工程学院,安徽淮南232001
出版物刊名： 科技情报开发与经济
页码： 157-158页
年卷期： 2011年 第3期
主题词： 光伏并网发电系统 DSP 系统设计
摘要：采用TMS320LF2407芯片为核心控制器件,设计了一种模拟光伏并网发电系统,系统DC/AC主电路采用全桥逆变电路。
系统设计具有输入欠压保护、输出过流保护、相位跟踪等功能,当过流、欠压故障排除后,装置能自动恢复为正常状态。
通过实验测试,该系统变换器效率较高可达80%以上,输出电压失真度较低THD可达1%以下,表明此设计在光伏并网发电系统中的应用的可行性和可靠性。
基于DSP控制的单相光伏并网逆变系统的设计
第36卷第4期继电器Vol.36 No.4 2008年2月16日RELAY Feb.16, 2008 基于DSP控制的单相光伏并网逆变系统的设计吴玉蓉，张国琴（武汉科技学院电子信息工程学院，湖北 武汉 430073）摘要：阐述了基于数字信号处理器TMS320F2812控制的单相光伏并网逆变系统的设计，该系统主要应用于小功率光伏并网发电系统。
分析了系统的结构和控制原理，设计了最大功率跟踪MPPT(Maximum power point tracking)算法和锁相环的软件设计流程图，构建了实验室样机。
实验结果表明并网电流波形良好，但含有少量的高次谐波，逆变器输出的电流基本与电网电压同频同相，并网的功率因数近似为1。
关键词:光伏；逆变；数字信号处理器Design of single phase photovoltaic grid-connected inverse system based on DSPWU Yu-rong, ZHANG Guo-qin(School of Electronic Engineering and Information,Wuhan University of Science and Engineering, Wuhan 430073,China)Abstract: This paper presents the design of single phase photovoltaic grid-connected inverse system based on the digital signal processor TMS320F2812 .The system mainly has application in the small power photovoltatic grid-connected generation system. The paper analyzes the constitute and control principle of the system and designs the software flow chart of MPPT(Maximum Power Point Tracking) algorithm and the phase lock loop. An experimental prototype is built up. The experimental results show the wave of grid-connected current is better except for a little amount high-order harmonical wave. The wave of grid-connected current has the same frequency and phase as the utility voltage. The power factor of grid-connected has reached to nearly 1.Key words: photovoltaic; inverse; digital signal processor中图分类号：TM76 文献标识码： A 文章编号： 1003-4897(2008)04-0051-030 引言随着科学技术的快速发展和人们生活水平的不断提高，人们对能源的需求量越来越多，而传统的化石能源日益枯竭，同时化石能源的过度开采严重破坏了生态环境，化石能源的利用严重污染着生活环境。
基于DSP的太阳能独立光伏发电系统的研究与设计
基于DSP的太阳能独立光伏发电系统的研究与设计一、本文概述随着全球能源需求的日益增长和环境保护意识的提升，太阳能光伏发电作为一种清洁、可再生的能源形式，受到了广泛关注。
基于数字信号处理器（DSP）的太阳能独立光伏发电系统，通过高效能、智能化的电能转换和管理，为无电网或电网不稳定的地区提供了可靠的电力解决方案。
本文旨在深入研究与设计基于DSP的太阳能独立光伏发电系统，以提升系统的整体性能，优化能源利用效率，并推动太阳能光伏发电技术的广泛应用。
本文首先概述了太阳能光伏发电的基本原理和DSP在光伏发电系统中的应用价值。
随后，详细分析了太阳能光伏电池板的选择与配置、最大功率点跟踪（MPPT）算法的实现与优化、电能存储与管理系统的设计等关键技术问题。
在此基础上，提出了一种基于DSP的太阳能独立光伏发电系统的总体设计方案，并深入探讨了系统硬件电路和软件程序的实现方法。
本文还通过实验验证和性能评估，对所设计的基于DSP的太阳能独立光伏发电系统的性能进行了全面分析。
实验结果表明，该系统具有较高的电能转换效率、稳定的运行性能和良好的适应性，为太阳能光伏发电技术的发展和应用提供了有力支持。
本文总结了基于DSP的太阳能独立光伏发电系统的研究与设计成果，并对未来的研究方向和应用前景进行了展望。
通过不断优化和完善系统设计，我们有信心为全球能源结构的转型和可持续发展做出更大的贡献。
二、太阳能光伏发电技术概述太阳能光伏发电，是一种将太阳能直接转换为电能的绿色能源技术。
其基本原理是利用光伏效应，即当太阳光照射在光伏电池上时，光子会与电池中的半导体材料发生相互作用，导致电子从原子中被激发出来，形成光生电流，从而产生电能。
这一过程不需要任何机械运动或其他形式的中间能量转换，因此太阳能光伏发电具有高效、清洁、无噪音、无排放等优点，被视为未来可持续能源发展的重要方向。
太阳能光伏发电系统主要由光伏电池板、电池板支架、逆变器、储能装置和控制系统等组成。
DSP锁相——精选推荐
DSP锁相基于DSP的光伏并网发电系统数字锁相技术在光伏并网发电系统中，需要实时检测电网电压的相位和频率以控制并网逆变器，使其输出电流与电网电压相位及频率保持同步，即同步锁相。
同步锁相是光伏并网系统一项关键的技术，其控制精确度直接影响到系统的并网运行件能。
倘若锁相环电路不可靠，在逆变器与电网并网工作切换过群中会产生逆变器与电网之间的环流，对没备造成冲击，这样会缩短设备使用寿命，严重时还会造成设备的损坏。
TI公司生产的高速数字信号处理器TMS320C2000系列，不仅体积小、功耗小、可靠性高，而且内部集成了12路PWM发生器、6路CAPTURE单元电路等外设电路，非常适合于PWM信号的控制及锁相环的数宁实现。
本文采用了一种基于DSP芯片TMS320C2407A实现光伏并网系统数字锁相的与法，并给出了实验结果。
1 锁相的原理锁相环是一个闭环的相位控制系统，能够自动跟踪输入信号的频率和相位。
利用锁相环技术可以产生同步于输入信号的整数倍频或分数倍频的输出控制信号。
锁相环的基本结构是由签相器(PD)、环路滤波器(LF)、压控振荡器(VC0)和倍频器(MF)等组成，如图l所示。
倍频器实现对输出信号Uo进行整数或分数倍频。
鉴相器是用来比较输入信号Ui与倍频器输出的锁相信号Ub之间的相位差，并把该相位差转化为电压信号Ue。
环路滤波器通常具有低通特性，作用是滤除电压信号Ue中高频分量与其它噪声信号，产生稳定的电压控制信号Ue。
压控振荡器的振荡频率受电压控制信号Ue的控制，完成电压-频率的变换作用，从而实现锁相。
特殊情况，当倍顿器的倍频数为1时，即Ub=Uo，这时实际上实现了输出信号Uo与输入信号Ui之间的直接锁相。
一般来说，锁相可分为模拟锁相和数字锁相两种。
衡量锁相性能的三个技术指标是锁相范围、锁相速度和稳定性。
传统的模拟锁相电路复杂，器件参数需要调整，存在温度漂移，精度不高。
而采用数字锁相方法，可有效消除模拟方法的缺点，同时具有控制灵活，装置升级方便，可在线修改与调试，可靠性高，维护便利等优点，是PLL技术发展的趋势。
基于DSP的光伏并网发电控制系统
基于DSP的光伏并网发电控制系统光伏发电是利用太阳能发电的一种可再生能源，具有资源丰富、无污染、零排放等特点。
目前，光伏发电已经成为近年来发展最迅速、技术最成熟的一种新能源。
随着光伏发电技术的不断发展，光伏发电场馆已经越来越多地出现在我们的生活中。
为了实现光伏发电与电网的可靠稳定运行，基于数字信号处理技术的光伏并网发电控制系统崭露头角。
1. 光伏并网发电系统的概述光伏并网发电系统是指将光伏发电系统输出的直流电能转换成交流电能，经过电网互联后将其输送到电力用户终端使用。
系统一般包括光伏阵列、光伏逆变器、电容滤波器、变压器以及电网等组成。
其中，光伏逆变器是实现光伏发电与电网互联的核心设备。
2. 光伏逆变器的原理光伏逆变器的主要作用是将光伏发电系统输出的直流电能转换为交流电能，通过电网互联后将其输送到电力用户终端使用。
光伏逆变器的核心是PWM调制技术，该技术利用高速开关管将直流电转换成交流电，同时控制输出电流和电压的大小和相位。
3. DSP在光伏逆变器中的应用DSP作为一种高性能的数字信号处理器，广泛应用于光伏逆变器的控制系统中。
其主要作用包括以下几个方面。
(1) 高效稳定控制控制光伏逆变器输出电流和电压的大小和相位，是实现光伏发电与电网互联的关键。
DSP可以对光伏逆变器内部各个信号进行快速高效的采样和处理，使其能够更加精准地控制输出电流和电压的大小和相位，从而保证光伏发电系统的高效稳定运行。
(2) 控制器参数调节光伏逆变器在使用过程中，需要不断调节输出电流和电压的大小和相位，以适应不同的光照强度和气候变化。
DSP可以实时调节控制器参数，提高光伏逆变器的运行稳定性和适应性。
(3) 过压保护在光伏发电系统工作中，可能会发生过压情况，导致系统损坏，甚至危及人身安全。
DSP可以实时监测光伏发电系统的电压变化情况，并做出快速反应，及时切断系统，避免系统损坏。
(4) 波形控制DSP可以通过PWM调制技术控制输出波形的形状和频率，从而满足不同用户的需求。
基于dsp的光伏并网控制系统设计
科技与应用经济与社会发展研究基于DSP的光伏并网控制系统设计胜利石油管理局有限公司电力分公司 荣伟，刘天杰，张永昌，姜胜利摘要：安全可靠的并网方式对新能源发电系统的发展和完善，以及系统的安全性、实时性、可靠性等各方面指标都有更高的要求。
本文通过详细分析光伏并网系统的基本构成、工作原理以及控制结构，以TI公司的浮点数字信号控制器TMS320F28335为控制电路核心，使用软件锁相环进行系统的同频、同相控制，从而实现光伏并网控制。
关键词：光伏发电；并网；数据检测光伏发电运用太阳能转化为电能，较好地实现了可持续发展的目标，并逐渐成为新能源发电的主要形式之一。
将光伏系统发出的电能通过安全可靠的方式并入电网，具有至关重要的作用。
但现如今，并网控制系统仍尚未成熟。
大部分并网产品仅由一个空气开关控制，并未考虑并网时电压、相位、频率是否与电网一致。
本文阐述了如何更加安全合理地进行并网控制。
一、核心设计控制系统以TMS320F28335为核心，增设双向可控硅开关驱动电路、信号调理电路；信号调理模块是将输出电压和模拟电网正弦波信号经过零比较，载入DSP处理器中的捕捉模块。
并将电压和电流进行调理，变换至1V~3V，配合DSP处理。
系统的总体流程是这样的：首先通过电压互感器同时测量逆变器端及电网端的电压（标准正弦波），将电力数据传输至TMS320F28335微控制器中，然后经由TMS320F28335微控制器中的AD—即模数转换，通过特定的算法，对给定量和反馈回来的数据进行运算，计算出两路数值差别，在并网条件允许的状态下，输出高电平至双向可控硅，使软开关导通，从而达到稳定并网的目的。
二、硬件框架设计系统的硬件框图如图1所示，通过系统硬件的总体设计框图可以看出，硬件设计主要由TMS320F28335微控制器、电源模块、保护模块等部分模块组成。
其中微控制器为硬汉科技DSP系列，电源模块包含主电源和辅助电源两部分，保护模块包括欠压保护及过流保护。
基于DSP的光伏并网技术的研究与实现
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基于DSP的光伏并网发电系统软件锁相技术
基于DSP的光伏并网发电系统软件锁相技术
马茜;戴瑜兴;易龙强
【期刊名称】《电力自动化设备》
【年(卷),期】2010(030)002
【摘要】利用TMS320F2812事件管理模块EVA的2路CAP单元分别捕获经过信号调理的电网电压和并网电流对应的方波信号,根据所捕获的信号计算出电网电压与并网电流的频率和相位差,根据计算结果调节算法中的步进值和相位指针从而实现光伏逆变系统锁相控制.该算法以16位无符号整型变量为相位指针,利用该指针在调制频率下步进而周期性溢出的特点来产生同频正弦周期调制信号从而控制逆变输出.该方法提高了相位跟踪的精确性和快速性,实现了并网电流与电网电压同频同相,保证了光伏并网发电系统回馈电网的功率因数近似为1.样机测试结果表明该技术锁相精度高,锁相稳定,快速性好,易于实现.
【总页数】4页(P99-102)
【作者】马茜;戴瑜兴;易龙强
【作者单位】湘潭大学,信息工程学院,湖南,湘潭,411105;湖南大学,电气与信息学院,湖南,长沙,410082;湖南大学,电气与信息学院,湖南,长沙,410082;湖南大学,电气与信息学院,湖南,长沙,410082
【正文语种】中文
【中图分类】TM615;TN911.8
【相关文献】
1.基于TMS320F2812的光伏并网系统软件锁相控制技术 [J], 夏向阳;彭振江;孟庆林
2.光伏并网发电系统软件锁相技术的研究 [J], 李文杰;孙志毅;何秋生
3.光伏并网发电系统软件锁相技术的研究 [J], 郭凤德
4.基于DSP的双向AC/DC变换器锁相环技术的研究与实现 [J], 王朝阳; 杨兆华
5.基于DSP的光伏并网发电系统数字锁相技术 [J], 蒋燕君;张超;何湘宁
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基于DSP的光伏并网逆变系统的设计
光伏发电
光伏发电
光伏发电是利用太阳能辐射转化为电能的过程。其基本原理是光生伏特效应， 即太阳能电池板通过吸收太阳光能，产生电动势，从而实现光能向电能的转换。 光伏发电系统的构成主要包括太阳能电池板、控制器、逆变器和蓄电池等部分。 光伏发电的应用领域广泛，如建筑物、道路和交通设施、农业等领域。随着技术 的不断进步和应用规模的不断扩大，光伏发电的发展前景十分广阔。
基本内容
在系统设计中，本次演示着重考虑了参数的优化和硬件、软件的选型。最后， 通过仿真和分析，验证了该系统的性能和可行性。本次演示的研究结果表明，基 于DSP的光伏并网逆变系统具有较高的可行性和实用性，为光伏并网逆变技术的 发展提供了新的思路。
基本内容
引言： 随着全球能源危机的加剧和环境污染问题的日益严重，可再生能源的开发和 利用逐渐成为人们的焦点。太阳能是一种分布广泛、清洁环保的可再生能源，具 有巨大的开发潜力。光伏并网逆变系统作为太阳能利用的重要组成部分，其性能 和稳定性直接影响到整个太阳能发电系统的效率和可靠性。
Boost电路
Boost电路
Boost电路是一种常见的直流-直流升压变换器，其基本原理是通过控制开关 的通断状态，将输入的直流电压升压输出。Boost电路的电路主要由电感、开关 管、二极管和电容等组成。在并网逆变系统中，Boost电路通常被用于直流电压 的升压变换，以提高光伏发电系统的输出电压，从而实现与电力系统的互联。在 应用过程中，需要注意的问题包括电感的设计、开关管和二极管的选择以及控制 策略的优化，以保证转换过程的效率和稳定性。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
基本内容
系统设计： 本次演示所设计的基于DSP的光伏并网逆变系统主要包括以下几个部分：光伏 阵列、直流母线、逆变器、滤波器、变压器和DSP控制器。在系统设计过程中， 我们需考虑以下参数的优化：直流母线电压、逆变器开关频率、滤波器阻抗、变 压器变比等。同时，还需选择合适的硬件和软件支持。
基于DSP控制的光伏发电逆变并网锁相环设计
秦天像;杨天虎;任小勇
【期刊名称】《工业仪表与自动化装置》
【年(卷),期】2016(000)004
【摘 要】该文设计了一种基于DSP软件控制的太阳能光伏发电逆变并网锁相环系统。用指针归零法实现了锁相环跟踪控制，并将设计的锁相环运用到光伏并网逆变器中。在MATLAB中建立了仿真模型，仿真结果表明，所设计的锁相环达到了光伏逆变系统的同步要求，具有较高的推广应用价值。
【正文语种】中 文
【中图分类】TM615+.2
【相关文献】
1.基于DSP风力发电双重化并网逆变的数字控制系统 [J], 郭建军;阳春华
2.基于DSP的三相逆变并网同步控制算法及实现 [J], 于宁;何通能;王泽锴
3.基于DSP的光伏逆变并滤波器设计 [J], 秦天像;任小勇;杨天虎
5.基于前馈解耦的光伏发电逆变并网控制策略研究 [J], 边瑞恩
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【总页数】4页(P125-128)
【作 者】秦天像;杨天虎;任小勇
【作者单位】酒泉职业技术学院; 甘肃省太阳能发电系统工程重点实验室，甘肃 酒泉735000;酒泉职业技术学院; 甘肃省太阳能发电系统工程重点实验室，甘肃 酒泉735000;酒泉职业技术学院; 甘肃省太阳能发电系统工程重点实验室，甘肃 酒泉735000
基于DSP的光伏并网发电系统的设计
基于DSP的光伏并网发电系统的设计作者：郑恒来源：《电子世界》2013年第12期【摘要】当今世界，传统能源终将消耗殆尽，环境污染日益严重，太阳能作为一种新兴的可再生能源正受到各国的高度关注。
光伏发电作为太阳能利用的一种有效形式，近年来发展迅速。
本文将设计一个基于DSP芯片TMS320LF2407为控制核心，采用SPWM为控制方式的光伏并网发电系统，设计原则是提高转换效率和降低成本。
【关键词】光伏发电；并网逆变器；SPWM；MPPT；孤岛检测1.概述太阳能光伏发电分为独立发电系统和并网发电系统，不论哪种系统，都是通常由太阳电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成，辅以保护电路和辅助电源等，其中并网逆变器是系统的核心。
其系统组成框图如图1所示。
由图1可见，光伏并网发电系统是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，将直流电转换成符合市电电网要求的交流电后直接接入公共电网。
近年来，户式小型并网光伏系统由于投资小、建设快、占地面积小等优点，加上国家政策的大力支持，将成为并网光伏发电的主流。
2.逆变主电路的设计在光伏并网系统中，并网逆变器是核心部分。
要求将太阳能电池板发出的直流电逆变成交流电，而且在负载和日照变化幅度较大的情况下能够高效运行，同时使光伏方阵工作在最大功率点附近，并且体积小、可靠性高等。
本系统采用的是典型的电压源电流控制的单相光伏全桥并网逆变电路。
整个系统能量的变换及传递过程，是利用智能型功率模块（IPM）构成的并网逆变器路来实现的，.IPM不仅把驱动电路和功率开关器件集成在一起，而且还内藏有过电压，过电流和过热等故障检测电路，并可将检测信号送到CPU。
它由高速低功耗的管芯和优化的门极驱动电路以及快速保护电路构成，拥有自保护功能，IPM一般使用IGBT作为功率开关元件，特点是高可靠性，使用方便。
为了减小输出谐波，逆变器采用正弦波脉宽调制（SPWM），如图2所示，即主电路逆变桥的对管是互补高频开通和关断的。
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基于DSP的光伏并网发电系统数字锁相技术
0 引言
在光伏并网发电系统中，需要实时检测电网电压的相位和频率以控制并网逆变器，使其输出电流与电网电压相位及频率保持同步，即同步锁相。同步锁相是光伏并网系统一项关键的技术，其控制精确度直接影响到系统的并网运行件能。倘若锁相环电路不可靠，在逆变器与电网并网工作切换过群中会产生逆变器与电网之间的环流，对没备造成冲击，这样会缩短设备使用寿命，严重时还会造成设备的损坏。
1 锁相的原理
锁相环是一个闭环的相位控制系统，能够自动跟踪输入信号的频率和相位。利用锁相环技术可以产生同步于输入信号的整数倍频或分数倍频的输出控制信号。锁相环的基本结构是由签相器(PD)、环路滤波器(LF)、压控振荡器(VC0)和倍频器(MF)等组成，。
倍频器实现对输出信号Uo进行整数或分数倍频。鉴相器是用来比较输入信号Ui与倍频器输出的锁相信号Ub之间的相位差，并把该相位差转化为电压信号Ue。环路滤波器通常具有低通特性，作用是滤除电压信号Ue中高频分量与其它噪声信号，产生稳定的电压控制信号Ue。压控振荡器的振荡频率受电压控制信号Ue的控制，完成电压-频率的变换作用，从而实现锁相。特殊情况，当倍顿器的倍频数为1时，即Ub=Uo，这时实际上实现了输出信号Uo与输入信号Ui之间的直接锁相。
一般来说，锁相可分为模拟锁相和数字锁相两种。衡量锁相性能的三个技术指标是锁相范围、锁相速度和稳定性。传统的模拟锁相电路复杂，器件参数需要调整，存在温度漂移，精度不高。而采用数字锁相方法，可有效消除模拟方法的缺点，同时具有控制灵活，装置升级方便，可在线修改与调试，可靠性高，维护便利等优点，是PLL技术发展的趋势。
2 数字锁相的设计与实现
本文数字锁相的设计方案是：首先运用2路CAPTURE单元分别捕获计算电网电压和逆变器输出电流的频率和相位，根据计算结果调节相应SPWM载波频率和初始相位，从而实现光伏逆变系统输出电流对电网电压的频率及相位的跟踪。
2.1 同步信号的检测与捕获
同步信号的检测分为电网电压与逆变输出电流的检测。电网电压频率和相位的检测。
相位调整的软件流程框图。相位调整的过程是，将当前电网电压与逆变电流两者捕获的过零值作比较，得到相位差。若相位差小于等于允许值，则说明两者已同相；若相位差大于允许值，则作PI调节，然后再判正弦计数值有无大于限制值，若无，则直接把相邻两次的差值作为调整量；若大于限制值，则只凋整限制值，在下一中断时，再作进一步的调整。
本文采用载波比N=400的SPWM同步调制技术，DSP芯片的CLOCK为40MHz(即周期25ns)，三角载波最小计数单位为l，基波频率为50Hz(即周期20ms)，因而正弦波的最小相位差为：400×2×25ns=20μs，(20μs/20ms)×360°=0.36°。即数字锁相精度为：O.36°/360°=0.1％ 。锁相过程实验波形。
4 结语
本文所研究的基于DSP的光伏逆变系统数字锁相技术，锁相精度高，易于实现，不但能很好地满足光伏系统并网的要求，而且实现了输出端的功率因数校正控制。实验结果验证了本方法的可行性和有效性。
电网电压先经过采样变压器采样，冉把采样电压送到过零比较器进行过零检测，得到与电网电压同频同相的方波信号，然后进行光耦隔离，并限压在33V以下，滤去高频干扰，最后送给DSP的CAP4端口。电网电压和输入到CAP4中的电网过零信号。逆变电流的检测与电网电压采样相同，逆变电流信号送给DSP的CAP5端口。
TI公司生产的高速数字信号处理器TMS320C2000系列，不仅体积小、功耗小、可靠性高，而且内部集成了12路PWM发生器、6路CAPTURE单元电路等外设电路，非常适合于PWM信号的控制及锁相环的数宁实现。本文采用了一种基于DSP芯片TMS320C2407A实现光伏并网系统数字锁相的与法，并给出了实验结果。
3 实验结果
光伏并网发电实验装置中Boost升压(55V/168V)电路、全桥逆变器和升压变压器(95V/220V)组成,光伏最大功率点工作电压为55V,负载为电阻负载。数字锁相系统主要通过对DSP芯片的编程来实现。图6为锁相过程的实验波形图，从图中可看出，光伏逆变器输出电流经调整后与电网电压同频同相，数字锁相环正常正作。
2.3 数字锁相与软件流程图
数字锁相的目标是使输出电流与电网电压同频同相，也即让逆变电流去跟踪电网电压的变化。输出电流频率是通过调整产生SPWM的三角载波频率而实现的，若电流频率小于电网频率，则应减小发生SPWM信号的相关定时器周期寄存器的值，从而通过提高三角载波频率来实现输出电流领率与电网电压频率相同，反之亦然。输出电流相位是通过调整产生SPWM信号正弦波离散值中的第一个点发生的时刻而实现的，当捕获到电网电压的过零点时，立即调整相应比较寄存器中正弦波离散值的指针，并作一定的时间补偿。
频率调整的软件流程框图。 Nhomakorabea 频率调整的过程是，当捕获到上升沿产生中断时，进入中断服务程序，先保护现场，再判断中断源是CAP4还是CAP5。若是CAP4，则说明产生中断的时刻是电网电压的过零点。将捕获值存入Uzero寄存器，再减去上一次的捕获值，两者的差值正好是电网电压的周期。然后拿该周期与当前逆变电流周期作比较，倘若两者无差值，则返回；若有误差，则对周期寄存器作相应的调整。
DSP捕获单元的作用是捕获引脚上电平的变化，并记录电平发生变化的时刻。本文中，CAP4和CAP5均设置为检测到上升沿有效。由于CAP输入信号是方波信号，因此两个相邻上升沿之间的间隔恰好是一个周期，同时上升沿发生的时刻就是采样信号从负到正的过零点，从而实现对电网电压和输出电流频率和相位的检测。
2.2 SPWM波的产生机理
SPWM波是用正弦波与三角载波相互比较而产生的脉冲宽度与正弦波幅值成正比的方波信号，通常的硬件方法是直接将正弦与三角这两种波输入到一个由运放所构成的比较器电路进行比较而实现的。采用DSP芯片TMS320LF2407A，用软件方法产生SPWM波的机理与传统的硬件方法不同。