一種基于TMS320LF2407的并網逆變器控制策略

0 引言

為了解決即將到來的能源危機，開發綠色的、可持續的新型能源已成為近年來的研究焦點。其中，能饋系統和光伏系統的研究與設計已取得一定成績，而并網逆變器（又稱有源逆變器）作為它們與電網的接入口，扮演著極重要的角色。本文介紹一種采用TI公司TMS320LF2407DSP芯片實現的電壓型單相全橋并網逆變器，該逆變器基于電壓相量圖的間接電流控制，輸出為單位功率因數，而且確保了其能量只能從逆變器到電網的單向流動，從而避免了能量倒灌帶來的逆變器功率器件的損壞。該方案控制簡單，穩定性好，具有較好的應用效果。

1 控制策略及其實現

1.1 并網逆變器主電路

圖1為并網逆變器主電路框圖。圖中，高壓直流一般由低壓直流（例如，光伏系統中的蓄電池組，電子模擬負載系統中的電源模塊輸出）經過DC/DC升壓后得到，幅值在400V左右，且電壓波動范圍不大。逆變器輸出和電網之間的電感L1，用于濾除高次諧波電流，平衡逆變器和電網基波（50Hz）之間的電壓差，是整個系統控制策略的關鍵所在。這樣的電路結構具有體積小，電流應力小，畸變率小的優點，而且集中控制簡單。

圖1 并網逆變器的主電路框圖

1.2 并網逆變器電壓相量圖分析

在功率因數為1的條件下，基波電壓向量可由圖2表示。圖中Ua為逆變器輸出電壓的基波有效值，UL為電感L1兩端電壓的基波有效值，UN為電網電壓。

圖2 Ua、UL和UN相量圖

超前角度β=β1固定不變時，設逆變器工作在p2n2點，送至電網的功率為Po，由圖2的關系可知，Po=UNIN，UL=INωL1，據三角函數關系有

tanβ1=PoωL1/UN2（1）

可見，在電感數值和電網電壓確定的條件下，依據給定的功率，可以確定超前角度β1，即可以確定逆變器控制信號的相位。

設電網電壓在n2點為標準220V，當它降低（從n2到n1）或升高（從n2到n3）時，逆變器的輸出電壓也隨之變化（從p2到p1或從p2到p3），可以保證工作在單位功率因數，當然送出的功率也會變化。由于電網電壓波動不大，因此功率變化不會很大。這個調節過程的關系也可以由圖2得出

Uacosβ1=UN（2）

由SPWM逆變器有

Ua=mUd/（3）

式中：m為調制比；

Ud為逆變器輸入側直流母線電壓。

由式（2）和（3）得

m=UN/Udcosβ1（4）

從而可知，超前角度不變時，根據實時檢測到的直流側電壓和電網電壓，改變調制比m，可以使得電路在直流母線電壓和電網電壓波動時，一直工作在單位功率因數。