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TDI73TMS74TCK75TDO76EMU080EMU181TRST84XRSM706R78XCLKOUT66X188X286CLKIN20M晶振90ADCLO24ADCRESEXT38ADCREFP37ADCREFM36ADCREFIN2.048V35ADCINA0IL23ADCINA1Ipv22ADCINA2Vout_inv21ADCINA3Vgrid20ADCINA4Vbus19ADCINA5Vpv18ADCINA6Vtemp17ADCINA716ADCINB027ADCINB128ADCINB229ADCINB330ADCINB431ADCINB532ADCINB633ADCINB734GPIO0EPWM1A（逆变）47GPIO1EPWM1B（逆变）SPISIMOD44GPIO2EPWM2A（逆变）45GPIO3EPWM2B（逆变）SPISOMID48GPIO4EPWM3A（Boost）51GPIO5EPWM3B（DA口）SPICLKDECAP153GPIO6EPWM4A（DA口）EPWMSYNCIEPWMSYNCO56GPIO7EPWM4B（DA口）SPISTEDECAP258GPIO8EPWM5A（DA口）CANTXBADCSOCAO60GPIO9EPWM5B（DA口）SCITXDBECAP361GPIO10EPWM6A（DA口）CANRXBADCSOCBO64GPIO11EPWM6B（DA口）SCIRXDBECAP470GPIO12（继电TZ1CANTXBSPISIMOB1器控制）GPIO13（继电器触点检测）TZ2CANRXBSPISOMIB95GPIO14TZ3SCITXDBSPICLKB8GPIO15TZ4SCIRXDBSPISTEB9GPIO16SPISIMOACANTXBTZ550GPIO17SPISOMIACANRXBTZ652GPIO18SPICLKASCITXDB54GPIO19SPISTEASCIRXDB57GPIO20EQEP1ASPISIMOCCANTXB63GPIO21EQEP1BSPISOMICCANRXB67GPIO22EQEP1SSPICLKCSCITXDB71GPIO23EQEP1ISPISTECSCIRXDB72GPIO24ECAP1EQEP2ASPISIMOB83GPIO25ECAP2EQEP2BSPISOMIB91GPIO26ECAP3EQEP2ISPICLKB99GPIO27ECAP4EQEP2SSPISTEB79GPIO28SCITXDATZ592GPIO29SCIRXDATZ64GPIO30CANTXA（预留）6GPIO31CANRXA（预留）7GPIO32SDA（EEPROM）EPWMSYNCIADCSOCAO100GPIO33SCL（EEPROM）EPWMSYNCOADCSOCBO5GPIO34EEPROM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/BINV驱动20kHz增减10ns2500EPWM2A/BINV驱动20kHz增减10ns2500EPWM3ABOOST驱动20kHz增减10ns25004、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+ωvz)/sIrefSinωt*+-Kv_p*(s+ωvz)/s++KpwmD2Udc+Ue-1/(Ls+RL)ILUe/UdcIdcIpv+-IcUe/Udc1/ScUdcLC型滤波器控制框图UeUref+-IL2UdcKv_p*(s+ωvz)/sIrefSinωt*+-Kv_p*(s+ωvz)/s++KpwmD2Udc+Uco-1/(L1s+RL1)IL1Ue/UdcIdcIpv+-IcUe/Udc1/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）