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1、 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
2、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
3、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 E
4、MU0 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
5、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
6、 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 EPWMSYNC
7、O 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 GP
8、IO14 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 SPICLK
9、C 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
10、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），EPWM
11、1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
12、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
13、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
14、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
15、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）
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