基于數(shù)字移相器的逆變器系統(tǒng)相位跟蹤控制
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2 相位跟蹤開環(huán)控制原理
開環(huán)控制方式具有控制速度快，控制簡(jiǎn)單，穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。既然逆變器的輸入輸出有確定的相位關(guān)系，那么就可以利用數(shù)字移相器的思想進(jìn)行開環(huán)控制。
數(shù)字移相器是一個(gè)其輸入輸出信號(hào)具有確定相位關(guān)系的系統(tǒng)。輸入輸出信號(hào)的相位差由系統(tǒng)本身的傳遞函數(shù)決定，只與輸入信號(hào)的頻率有關(guān)。而逆變器實(shí)際上也是一類移相器。當(dāng)兩個(gè)系統(tǒng)級(jí)聯(lián)時(shí)，通過設(shè)定移相器的傳遞函數(shù)，使移相器輸入輸出信號(hào)相位差值為逆變器的相反數(shù)，那么整個(gè)級(jí)聯(lián)系統(tǒng)就能達(dá)到輸入輸出信號(hào)同頻同相的效果。
相位跟蹤開環(huán)控制原理如下：SPWM信號(hào)的由一組離散正弦調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生，相鄰元素之間相位差為固定值△，利用相位累加方式輸出信號(hào)，工作原理類似于DDS。設(shè)每次相位增加的時(shí)間為AT，通過改變AT，就可以改變調(diào)制信號(hào)的頻率?？刂破魇紫葘?duì)電網(wǎng)電壓進(jìn)行過零捕獲，測(cè)得電網(wǎng)電壓的頻率f，并根據(jù)f算出并設(shè)置△T的值，使得逆變器輸出電流的頻率等于f。然后每當(dāng)控制器檢測(cè)到電網(wǎng)電壓的過零中斷時(shí)，根據(jù)關(guān)系R：P=R(f)，重新設(shè)置調(diào)制信號(hào)的相位指針Pindex為固定初始相位P。這樣調(diào)制信號(hào)的頻率就嚴(yán)格等于電網(wǎng)電壓的頻率，避免由于頻率測(cè)量誤差引起相位累積誤差。此時(shí)，相位跟蹤誤差主要取決于SPWM的載波頻率。相位跟蹤開環(huán)控制原理框圖如圖2所示。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/161811.htm
3 相位跟蹤開環(huán)控制軟件實(shí)現(xiàn)
為了安全以及簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)利用MSP430F2544單片機(jī)產(chǎn)生SPWM信號(hào)模擬光伏逆變器。MSP430F2544內(nèi)部具有16 MHz DCO時(shí)鐘源，為系統(tǒng)主時(shí)鐘。該型號(hào)單片機(jī)還具有兩個(gè)16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器：定時(shí)器A和定時(shí)器B，具有捕獲定時(shí)功能。電網(wǎng)電壓頻率的測(cè)量由定時(shí)器B的CCR1模塊進(jìn)行測(cè)量。時(shí)間間隔△T由定時(shí)／計(jì)數(shù)器A的CCR0模塊進(jìn)行設(shè)置。圖3為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
輸入的正弦波信號(hào)模擬電網(wǎng)電壓信號(hào)。由高速比較器LM311構(gòu)成過零比較電路將正弦波信號(hào)整形成方波信號(hào)，然后傳送給MSP430F2544進(jìn)行捕獲。若忽略LM51311的延時(shí)，則方波信號(hào)的上升沿即為正弦波的相位為零的時(shí)刻點(diǎn)。實(shí)際上，過零比較電路是一個(gè)相位捕獲器。通過定時(shí)器記錄相鄰兩個(gè)上升沿的時(shí)刻點(diǎn)，算出時(shí)間差，即可推出正弦波的頻率。
后級(jí)濾波器采用單級(jí)L-C無源濾波器。濾波器的截止頻率約為500Hz，而SPWM的載波頻率約為33kHz，這樣就能使輸出正弦波失真度很小。
SPWM信號(hào)由單片機(jī)的兩個(gè)定時(shí)器控制產(chǎn)生。定時(shí)器A的CCR0控制產(chǎn)生載波頻率，而CCR1為調(diào)制值，即正弦波的離散值。定時(shí)器A設(shè)置為增計(jì)數(shù)模式，輸出設(shè)為PWM復(fù)位／置位模式。當(dāng)定時(shí)器的值等于CCR1時(shí)復(fù)位，等于CCR0時(shí)置位且定時(shí)器復(fù)位并從0開始計(jì)數(shù)。控制定時(shí)器B的CCR0產(chǎn)生正弦調(diào)制信號(hào)，每當(dāng)CCR0等于定時(shí)器的值時(shí)單片機(jī)產(chǎn)生中斷，根據(jù)相位指針Pindex將下一個(gè)正弦波的離散值寫入定時(shí)器A的CCR1，這樣輸出正弦波的相位就增加一個(gè)△。只要改變定時(shí)器B的CCR0的值輸出正弦波的頻率就會(huì)發(fā)生改變。電網(wǎng)電壓的過零脈沖信號(hào)由定時(shí)器B的CCR1進(jìn)行捕獲，由兩級(jí)堆棧TB計(jì)算電網(wǎng)電壓的頻率f，并將相應(yīng)的值寫入定時(shí)器B的CCR0寄存器中。在每一個(gè)過零中斷到來時(shí)，根據(jù)頻率f與關(guān)系R：P=R(f)算出初始相位，并賦給相位指針Pindex，這樣輸出正弦波的相位就等于電網(wǎng)電壓的相位。圖4為相位跟蹤開環(huán)控制的軟件流程圖。
評(píng)論