3000W光伏并网逆变器软件总体技术方案

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（ MPPT 和母线升压） 、后级逆变控制（稳母线电压、并网） 、模拟量采样、输入输出逻辑功能、通讯功能、显示功能、孤岛检测及相关保护等功能。(1)模拟量检测：完成电池电压 Vpv、电池电流 Ipv、 Boost 母线电压 Vbus、输出滤波电感电流 IL、逆变器输出电压 Vout_inv、电网电压 Vgrid、散热器温度 V_temp 等模拟量的检测。(2)数字控制：完成 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及其辅助触点的检测；完成 RS485的接收 /发送控制功能。(4)保护功能：完成输入过、欠压，输出过、欠压，输出过流，输出短路，输出过载，散热器过热，输出继电器，孤岛检测等保护功能；(5)LCD显示及驱动控制：SPI通讯显示(6)EEPROM读写：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。二、 控制板硬件方案a) 电源方案由辅助电源板 （输入为稳定母线电压 400V） 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) DSP资源划分方案DSP资源功能 1 功能 2 功能 3 功能 4管脚号TDI 73 TMS 74 TCK 75 TDO 76 EMU0 80 EMU1 81 TRST 84 XRS M706R 78 XCLKOUT 66 X1 88 X2 86 CLKIN 20M 晶振 90 ADCLO 24 ADCRESEXT 38 ADCREFP 37 ADCREFM 36 ADCREFIN 2.048V 35 ADCINA0 IL 23 ADCINA1 Ipv 22 ADCINA2 Vout_inv 21 ADCINA3 Vgrid 20 ADCINA4 Vbus 19 ADCINA5 Vpv 18 ADCINA6 Vtemp 17 ADCINA7 16 ADCINB0 27 ADCINB1 28 ADCINB2 29 ADCINB3 30 ADCINB4 31 ADCINB5 32 ADCINB6 33 ADCINB7 34 GPIO0 EPWM1A （逆变） 47 GPIO1 EPWM1B （逆变） SPISIMOD 44 GPIO2 EPWM2A （逆变） 45 GPIO3 EPWM2B （逆变） SPISOMID 48 GPIO4 EPWM3A （ Boost） 51 GPIO5 EPWM3B （ DA 口） SPICLKD ECAP1 53 GPIO6 EPWM4A （ DA 口） EPWMSYNCI EPWMSYNCO 56 GPIO7 EPWM4B （ DA 口） SPISTED ECAP2 58 GPIO8 EPWM5A （ DA 口） CANTXB ADCSOCAO 60 GPIO9 EPWM5B （ DA 口） SCITXDB ECAP3 61 GPIO10 EPWM6A （ DA 口） CANRXB ADCSOCBO 64 GPIO11 EPWM6B （ DA 口） SCIRXDB ECAP4 70 GPIO12（ 继电 TZ1 CANTXB SPISIMOB 1 器控制）GPIO13（ 继电器触点检测） TZ2 CANRXB SPISOMIB 95 GPIO14 TZ3 SCITXDB SPICLKB 8 GPIO15 TZ4 SCIRXDB SPISTEB 9 GPIO16 SPISIMOA CANTXB TZ5 50 GPIO17 SPISOMIA CANRXB TZ6 52 GPIO18 SPICLKA SCITXDB 54 GPIO19 SPISTEA SCIRXDB 57 GPIO20 EQEP1A SPISIMOC CANTXB 63 GPIO21 EQEP1B SPISOMIC CANRXB 67 GPIO22 EQEP1S SPICLKC SCITXDB 71 GPIO23 EQEP1I SPISTEC SCIRXDB 72 GPIO24 ECAP1 EQEP2A SPISIMOB 83 GPIO25 ECAP2 EQEP2B SPISOMIB 91 GPIO26 ECAP3 EQEP2I SPICLKB 99 GPIO27 ECAP4 EQEP2S SPISTEB 79 GPIO28 SCITXDA TZ5 92 GPIO29 SCIRXDA TZ6 4 GPIO30 CANTXA （预留） 6 GPIO31 CANRXA （预留） 7 GPIO32 SDA（ EEPROM） EPWMSYNCI ADCSOCAO 100 GPIO33 SCL（ EEPROM） EPWMSYNCO ADCSOCBO 5 GPIO34 EEPROM 写保护 43 三、 程序架构1、 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：主循环程序关闭看门狗功能和禁止中断初始化硬件外设接口和部分时序的初始状态使能看门狗和中断模块时序和状态控制循环中断程序2、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：模块时序和状态控制循环喂狗时间脉冲管理交流信号计算直流信号计算HMI显示模块故障状态管理模块开关机状态管理模块输入状态管理模块记录信息管理SCI 通信管理模块输出状态管理模块 I/O 口数据管理模块 I2C 数据管理EPWM1 中断流程图如下所示：清除中断标志位设置允许 响应同组中断AD 采样数据处理BOOST 控制逆变控制交流信号数据计算SCI 通信控制SPI 通信RETI3、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 10kHz，设置为每 1 个开关周期产生一次中断，即每 100us 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)、 SPI接收 /发送功能 (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 ， Vrate*4096/3*K/1024=4096 （ 直 流 量 ） ，Vrate*4096/3*K/1024/2=4096 （交流量） 。PWM 分配表：EPWM 通道号功能 开关频率 计 数 方式2808（ 100MHz）计数单位 周期值EPWM1A/B INV 驱动 20kHz 增减 10ns 2500 EPWM2A/B INV 驱动 20kHz 增减 10ns 2500 EPWM3A BOOST驱动 20kHz 增减 10ns 2500 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 65535us。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或者其他方法实现MPPT。6、逆变器控制方案开关频率为 20KHz，采样母线电压、输出滤波电感电流、电网电压，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。UeUref+-ILUdcKv_p*(s +ω vz)/sIrefSinω t*+-Kv_p*(s +ω vz)/s ++KpwmD2Udc+Ue-1/(Ls+RL)IL IdcIpv+- IcUe/Udc 1/ScUdcLC 型滤波器控制框图UeUref +-IL2UdcKv_p*(s +ω vz)/sIrefSinω t*+-Kv_p*(s +ω vz)/s ++KpwmD2Udc+Uco-1/(L1s+RL1)IL1 IdcIpv+- IcUe/Udc 1/ScUdcIL2+ --Ico1/Sco+Ue1/(L2s+RL2)IL2LCL型滤波器控制框图注： 在 LCL型滤波器中，实际上并网电流 IL2 的大小与滤波电容两端的端电压和电网电压有关，分析可知引入滤波电容电流反馈可以稳定电容电压 Uco 的大小，从而能稳定地向电网输入并网交流电流。当电网电压扰动导致并网电流波动时，由于电感 L1 上的电流不能突变，滤波电容 Co吸取电流，从而引起电容电压的波动，这就要求控制器快速补偿电容电压。故可以考虑将电容电流 Ico 反馈到电流环的输出进行控制。注：环路控制过程分析1. 内环控制过程： 将实际的并网电流瞬时反馈值 io 与参考电流给定值 iref 进行比较， 差值通过 PI 调节器处理后与电网电压前馈补偿值相加，经三角波载波调制，输出正弦波 PWM调制信号，驱动开关器件工作，产生与电网电压同频同相的正弦波电流。2. 外环控制过程：外环控制的目标是通过控制并网功率，使得母线电容的电压为指令电压 Uref 。当并网功率小于光伏电池阵列功率时， 母线电容储存能量， 电压升高； 当并网功率大于光伏电池阵列功率时，母线电容所储存的能量被释放，电压降低。因此，控制母线电容的电压稳定就可以实现光伏电池阵列输出的能量与转换到电网的能量之间的平衡。3. 母线电压外环采用 PI 调节或者 P 调节， 即母线电压指令 Uref 与实测母线电压 Udc 的差值经 PI 或者 P调节、滤波环节后（陷波滤波器，也可以不加）与锁相环的单位正弦信号相乘作为内环的电流指令值iref 。 （电流内环的动态响应速度远快于外环）