主动能量管理光伏直流微网系统研制并网逆变器软件系统设计
并网逆变器是光伏直流微网系统的重要组成部分，其软件系统决定着微网能量转换装置的稳定性和效率，是当前发展趋势和研究重点。本文研究基于DSP28335的三相并网逆变器软件系统，采用三相全桥逆变电路完成逆变，能够实现独立逆变及并网功能。本文主要从下面几个方面展开设计工作首先叙述了课题的研究背景，简要描述了意义。然后介绍了并网逆变器的发展现状与趋势。随之安排了课题需要做的工作。对于三相全桥逆变电路的调制策略进行了较为详尽的分析，研究了PWM调制、SPWM调制以及SVPWM调制。对三相并网逆变器的闭环控制策略及其实现方式进行了研究电压电流瞬时值反馈控制和恒功率控制。然后对本系统用到的恒功率控制以及软件锁相环技术进行了较为详细的叙述。 简要叙述了逆变器的硬件电路，给出了硬件电路的系统框图，详细介绍了控制回路的选用芯片TMS320F28335。在DSP的调试环境下，本文研首先研究了三相独立逆变器。然后设计了并网逆变器的控制系统程序。给出了主程序、SPWM子程序、信号采集子程序和SPLL子程序。文中详细分析了SPWM算法实现程序、随后给出了主程序及中断程序的流程图和实现方法。最后结合硬件电路对软件系统进行了调试。评估了测试状态，提出了软件系统设计缺陷状况。在总结的基础上，展望了需要完善的工作。关键词并网逆变器，三相全桥逆变，SPWM，SPLL
目 录
1 绪论 1
1.1课题研究背景和意义 1
1.2 研究现状和发展趋势 3
1.3 主要研究工作 5
2三相并网逆变器的系统设计 6
2.1 三相电压型全桥逆变电路调制策略 6
2.1.1 PWM调制 6
2.1.2 SPWM调制 8
2.1.3 SVPWM调制 11
2.2 控制策略选择 14
2.2.1 电压电流瞬时值反馈控制 14
2.2.2 恒功率控制 14
2.2.4 锁相控制技术 16
3 硬件设计 19
3.1 总体框图 19
4逆变器软件系统设计 19
4.1 DSP控制芯片和脉宽调制 20
4.1.1 DSP控制芯片 20
4.1.2 DS *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
P的脉宽调制 21
4.2 PID控制算法 21
4.3 主程序设计 24
4.4中断服务程序设计 25
4.4.1 SPWM子程序 27
4.4.2 AD采样子程序 28
4.4.3 SPLL子程序 30
4.5系统保护子程序 31
5调试实验状况 32
5.1SPWM控制信号输出实验 35
5.2逆变器输出实验 35
结 论 37
致 谢 38
参 考 文 献 39
附录 系统程序 41
绪论
1.1课题研究背景和意义
能源是当代经济发展的重要支撑，是人类社会稳定发展的重要基础，对经济与社会的发展起着不可或缺的推力作用。进入21世纪以来人类社会正面临着一系列的严峻挑战，能源危机就是当今世界各国最关心的焦点之一 [1 2]。自工业革命开始，传统的化石能源提供人类工业化所需的能量。但是这种有限资源的利用造成了长久的不良影响。既破坏了人类赖以生存的自然环境，又造成了不可估量的经济损失。
寻求传统化石能源以外的新能源是解决当前能源危机的有效途径。当前新能源主要有水能、风能、海洋能、地热能、太阳能，其中太阳能和风能是当前开发利用最多的新能源。太阳内部氢核聚变反应产生太阳能。太阳是能量最强、天然稳定的自然辐射源。尽管太阳辐射到地球仅占总能量的22亿分之一，但也高达1.7×1017W（相当于5.9×106t煤的能量）。所以说太阳能是最具发展潜力的，它是一种取之不尽用之不竭的洁净安全可再生能源[3]。
据德国太阳能协会最新发布的统计数据显示，2016年全球光伏新增装机70GW，比2015年增长大约30%，至此，全球光伏装机总量达到300GW。在2016年的新增装机量中，中国贡献了34.54GW，与2015年新增装机量相比，同比增长了128%，累计装机容量77.42GW，新增和累计装机容量均为全球第一。美国2016全年光伏装机14.76GW，排名第二，装机量同比增长97%，其中公共事业装机量起到了主要的拉动作用。日本为10.5吉瓦，排在第三位;印度为4.2吉瓦，排名第四。到2016年底，全球太阳能光伏发电总装机容量已达305吉瓦，而2010年的这一数字仅为50吉瓦。
我国作为世界经济的新引擎，国内光伏产业迅猛发展。随着大量企业进入光伏产业，我国的光伏业无论是产量还是技术都已达到世界先进水平。1998年，我国政府开始关注太阳能发电，建立了第一套3MW多晶硅电池及应用系统示范项目。2003年，在欧洲尤其是德国市场影响下，企业持续扩产建立太阳电池生产线，我国太阳电池的生产迅速增长。2007年，由于政府利好政策扶持中我国成为生产太阳电池最多的国家，产量从2006年的400MW增涨至1088MW。2011年，我国超越德国成为太阳能装机总量最多的国家。
图1.1 我国太阳能装机总量及新增装机量
太阳能发电分为热发电和光发电，这两种方式都有广泛的应用的背景。光伏发电相比其它而言拥有独特优势，目前是研究工作的重点方向。随着我国开始步入能源生产和消费革命加速到来的关键期，太阳能光伏发电必将在未来我国能源结构持续优化、能源供给侧结构性改革中发挥积极作用[4]。2014年底我国太阳能发电累计装机容量28.05GW，同比增长60%，年发电量约25000GWh，同比增长超过200%。我国目前通过太阳能发电获取新能源发电量已占全球总量25%。随着我国光伏行业政策支持加强，光伏市场潜力不断释放，预期将坐稳全球光伏应用第一大国的位置。
当前光伏发电主要有两种形式：离网发电和并网发电。离网光伏系统这也被叫做独立光伏系统。不需要依赖电网可以独立运行的发电系统，主要有太阳能电池板、储能蓄电池、充放电控制器、逆变器等部件组成。离网型系统由于不受地域的限制，使用很广泛。适合于偏远无电网地区、孤岛、渔船、户外养殖基地等使用。这种系统由于必须配备蓄电池。蓄电池价格较高使用寿命较短。使得使用成本高，从而经济性来说，很难得到大范围的推广使用。并网系统就是需要连接到公共电网，依赖现有电网才能运行的发电系统。主要由太阳能电池板和逆变器组成，这种光伏发电系统不需要使用蓄电池，也就大大节省了成本。当前并网发电系统主要用于规模型光伏发电站。并网也有其缺点，就是当公共电网断电时，光伏发电也不能运行。解决方案是把其中的并网逆变器换成智能微网逆变器。
目 录
1 绪论 1
1.1课题研究背景和意义 1
1.2 研究现状和发展趋势 3
1.3 主要研究工作 5
2三相并网逆变器的系统设计 6
2.1 三相电压型全桥逆变电路调制策略 6
2.1.1 PWM调制 6
2.1.2 SPWM调制 8
2.1.3 SVPWM调制 11
2.2 控制策略选择 14
2.2.1 电压电流瞬时值反馈控制 14
2.2.2 恒功率控制 14
2.2.4 锁相控制技术 16
3 硬件设计 19
3.1 总体框图 19
4逆变器软件系统设计 19
4.1 DSP控制芯片和脉宽调制 20
4.1.1 DSP控制芯片 20
4.1.2 DS *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
P的脉宽调制 21
4.2 PID控制算法 21
4.3 主程序设计 24
4.4中断服务程序设计 25
4.4.1 SPWM子程序 27
4.4.2 AD采样子程序 28
4.4.3 SPLL子程序 30
4.5系统保护子程序 31
5调试实验状况 32
5.1SPWM控制信号输出实验 35
5.2逆变器输出实验 35
结 论 37
致 谢 38
参 考 文 献 39
附录 系统程序 41
绪论
1.1课题研究背景和意义
能源是当代经济发展的重要支撑，是人类社会稳定发展的重要基础，对经济与社会的发展起着不可或缺的推力作用。进入21世纪以来人类社会正面临着一系列的严峻挑战，能源危机就是当今世界各国最关心的焦点之一 [1 2]。自工业革命开始，传统的化石能源提供人类工业化所需的能量。但是这种有限资源的利用造成了长久的不良影响。既破坏了人类赖以生存的自然环境，又造成了不可估量的经济损失。
寻求传统化石能源以外的新能源是解决当前能源危机的有效途径。当前新能源主要有水能、风能、海洋能、地热能、太阳能，其中太阳能和风能是当前开发利用最多的新能源。太阳内部氢核聚变反应产生太阳能。太阳是能量最强、天然稳定的自然辐射源。尽管太阳辐射到地球仅占总能量的22亿分之一，但也高达1.7×1017W（相当于5.9×106t煤的能量）。所以说太阳能是最具发展潜力的，它是一种取之不尽用之不竭的洁净安全可再生能源[3]。
据德国太阳能协会最新发布的统计数据显示，2016年全球光伏新增装机70GW，比2015年增长大约30%，至此，全球光伏装机总量达到300GW。在2016年的新增装机量中，中国贡献了34.54GW，与2015年新增装机量相比，同比增长了128%，累计装机容量77.42GW，新增和累计装机容量均为全球第一。美国2016全年光伏装机14.76GW，排名第二，装机量同比增长97%，其中公共事业装机量起到了主要的拉动作用。日本为10.5吉瓦，排在第三位;印度为4.2吉瓦，排名第四。到2016年底，全球太阳能光伏发电总装机容量已达305吉瓦，而2010年的这一数字仅为50吉瓦。
我国作为世界经济的新引擎，国内光伏产业迅猛发展。随着大量企业进入光伏产业，我国的光伏业无论是产量还是技术都已达到世界先进水平。1998年，我国政府开始关注太阳能发电，建立了第一套3MW多晶硅电池及应用系统示范项目。2003年，在欧洲尤其是德国市场影响下，企业持续扩产建立太阳电池生产线，我国太阳电池的生产迅速增长。2007年，由于政府利好政策扶持中我国成为生产太阳电池最多的国家，产量从2006年的400MW增涨至1088MW。2011年，我国超越德国成为太阳能装机总量最多的国家。
图1.1 我国太阳能装机总量及新增装机量
太阳能发电分为热发电和光发电，这两种方式都有广泛的应用的背景。光伏发电相比其它而言拥有独特优势，目前是研究工作的重点方向。随着我国开始步入能源生产和消费革命加速到来的关键期，太阳能光伏发电必将在未来我国能源结构持续优化、能源供给侧结构性改革中发挥积极作用[4]。2014年底我国太阳能发电累计装机容量28.05GW，同比增长60%，年发电量约25000GWh，同比增长超过200%。我国目前通过太阳能发电获取新能源发电量已占全球总量25%。随着我国光伏行业政策支持加强，光伏市场潜力不断释放，预期将坐稳全球光伏应用第一大国的位置。
当前光伏发电主要有两种形式：离网发电和并网发电。离网光伏系统这也被叫做独立光伏系统。不需要依赖电网可以独立运行的发电系统，主要有太阳能电池板、储能蓄电池、充放电控制器、逆变器等部件组成。离网型系统由于不受地域的限制，使用很广泛。适合于偏远无电网地区、孤岛、渔船、户外养殖基地等使用。这种系统由于必须配备蓄电池。蓄电池价格较高使用寿命较短。使得使用成本高，从而经济性来说，很难得到大范围的推广使用。并网系统就是需要连接到公共电网，依赖现有电网才能运行的发电系统。主要由太阳能电池板和逆变器组成，这种光伏发电系统不需要使用蓄电池，也就大大节省了成本。当前并网发电系统主要用于规模型光伏发电站。并网也有其缺点，就是当公共电网断电时，光伏发电也不能运行。解决方案是把其中的并网逆变器换成智能微网逆变器。
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