W光伏并网逆变器软件总体关键技术专项方案.docx

3000W光伏并网逆变器
软件总体技术方案

一、DSP控制方案
1、采取双DSP控制方案：
控制板关键控制芯片采取美国TI企业280X系列DSP 芯片TMS320F2808PZS(温度范围为-40°C~+125°C)。
2、主DSP控制板实现关键功效以下：
主控DSP实现功效：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、输入输出逻辑功效、通讯功效、显示功效、孤岛检测及相关保护等功效。
(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等模拟量检测。
(2)数字控制：
完成BOOST、全桥逆变电路PWM控制、锁相功效。
(3)IO控制和检测：
完成输出继电器等控制及其辅助触点检测；
完成RS485接收/发送控制功效。
(4)保护功效：
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，孤岛检测等保护功效；
(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、事件统计信息读写功效，I2C通讯。
(7)RS485通讯：
模块和后台通讯。
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再转换为以下多种电源：
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5V电源经12V由7805芯片完成。

b) DSP资源划分方案
DSP资源
功效1
功效2
功效3
功效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（继电器控制）
TZ1
CANTXB
SPISIMOB
1
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单板软件为经典主循环程序+中止服务程序结构
程序总体架构以下图所表示：

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：

EPWM1中止步骤图以下所表示：

3、中止服务程序：
(1)EPWM1周期中止
EPWM1周期中止（高优先级），EPWM1开关频率10kHz，设置为每1个开关周期产生一次中止，即每100us产生一次中止；在该中止中负责AD进行数据采样，Boost控制器计算、Invertor控制器计算、交流量计算，SCI(波特率为19200bps)、SPI接收/发送功效(查询方法)。
因为各功率变换器大全部采取平均电流控制，要求EPWM大全部设计为对称三角波连续增/减方法，而ADC检测开启时刻必需在EPWM三角波波顶或波底处。本产品将ADC检测自动开启点选择在EPWM1周期中止处自动开启全部ADC检测通道自动次序采样。为了确保各电流采样靠近其平均值，把电流采样，尤其是电感电流采样放在转换次序最前面，而低速检测信号和直流检测信号均放在后面。
注：定标标准为额定值对应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
功效
开关频率
计数方法
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时钟脉冲，用于多种功效延时计数用。
5、 Boost控制方案
开关频率为20KHz，采样Vpv、Ipv值再采取导纳增量法或扰动观察法或其它方法实现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，输出和电网同频同相正弦波电流。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影响。
逆变电路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幅值。
LC型滤波器控制框图
LCL型滤波器控制框图

注：在LCL型滤波器中，实际上并网电流IL2大小和滤波电容两端端电压和电网电压相关，分析可知引入滤波电容电流反馈能够稳定电容电压Uco大小，从而能稳定地向电网输入并网交流电流。当电网电压扰动造成并网电流波动时，因为电感L1上电流不能突变，滤波电容Co吸收电流，从而引发电容电压波动，这就要求控制器快速赔偿电容电压。故能够考虑将电容电流Ico反馈到电流环输出进行控制。

注：环路控制过程分析
1. 内环控制过程：将实际并网电流瞬时反馈值io和参考电流给定值iref进行比较，差值经过PI调整器处理后和电网电压前馈赔偿值相加，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，产生和电网电压同频同相正弦波电流。
2. 外环控制过程：外环控制目标是经过控制并网功率，使得母线电容电压为指令电压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，母线电容所储存能量被释放，电压降低。所以，控制母线电容电压稳定就能够实现光伏电池阵列输出能量和转换到电网能量之间平衡。
3. 母线电压外环采取PI调整或P调整，即母线电压指令Uref和实测母线电压Udc差值经PI或P调整、滤波步骤后（陷波滤波器，也能够不加）和锁相环单位正弦信号相乘作为内环电流指令值iref。（电流内环动态响应速度远快于外环）