一种基于TMS320LF2407的并网逆变器控制策略

在分析倍频式SPWM并网逆变器电压相量图的基础上，提出了一种基于TMS320LF2407DSP芯片作为控制器的并网逆变器实现方案。该方案实现简单，控制方便，相关的实验波形验证了该方案的正确性。

关键词：逆变器；控制策略；电压相量图；数字信号处理器

0    引言

为了解决即将到来的能源危机，开发绿色的、可持续的新型能源已成为近年来的研究焦点。其中，能馈系统和光伏系统的研究与设计已取得一定成绩，而并网逆变器（又称有源逆变器）作为它们与电网的接入口，扮演着极重要的角色。本文介绍一种采用TI公司TMS320LF2407DSP芯片实现的电压型单相全桥并网逆变器，该逆变器基于电压相量图的间接电流控制，输出为单位功率因数，而且确保了其能量只能从逆变器到电网的单向流动，从而避免了能量倒灌带来的逆变器功率器件的损坏。该方案控制简单，稳定性好，具有较好的应用效果。

1    控制策略及其实现

1.1    并网逆变器主电路

图1为并网逆变器主电路框图。图中，高压直流一般由低压直流（例如，光伏系统中的蓄电池组，电子模拟负载系统中的电源模块输出）经过DC/DC升压后得到，幅值在400V左右，且电压波动范围不大。逆变器输出和电网之间的电感L1，用于滤除高次谐波电流，平衡逆变器和电网基波（50Hz）之间的电压差，是整个系统控制策略的关键所在。这样的电路结构具有体积小，电流应力小，畸变率小的优点，而且集中控制简单。

图1    并网逆变器的主电路框图

1.2    并网逆变器电压相量图分析

在功率因数为1的条件下，基波电压向量可由图2表示。图中Ua为逆变器输出电压的基波有效值，UL为电感L1两端电压的基波有效值，UN为电网电压。

图2    Ua、UL和UN相量图

超前角度β=β1固定不变时，设逆变器工作在p2n2点，送至电网的功率为Po，由图2的关系可知，Po=UNIN，UL=INωL1，据三角函数关系有

tanβ1=PoωL1/UN2（1）

可见，在电感数值和电网电压确定的条件下，依据给定的功率，可以确定超前角度β1，即可以确定逆变器控制信号的相位。

设电网电压在n2点为标准220V，当它降低（从n2到n1）或升高（从n2到n3）时，逆变器的输出电压也随之变化（从p2到p1或从p2到p3），可以保证工作在单位功率因数，当然送出的功率也会变化。由于电网电压波动不大，因此功率变化不会很大。这个调节过程的关系也可以由图2得出

Uacosβ1=UN（2）

由SPWM逆变器有

Ua=mUd/（3）

式中：m为调制比；

Ud为逆变器输入侧直流母线电压。

由式（2）和（3）得

m=UN/Udcosβ1（4）

从而可知，超前角度不变时，根据实时检测到的直流侧电压和电网电压，改变调制比m，可以使得电路在直流母线电压和电网电压波动时，一直工作在单位功率因数。

当β从β1增大到β2时，其它条件不变，功率会随之增大，其变化关系可以由式（1）确定。因此，我们可以通过外围电路设定β值，从而达到功率调节。

作者：浙江大学 周军伟，汪世平，陈辉明   来源：21IC电子网