王曉雷 趙 倩 郭飛亞 楊合恒 柴 欣 李志霞

（中原工學(xué)院）

0 引言

傳統(tǒng)能源的巨大消費帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染，為了治理環(huán)境污染并實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展，新能源技術(shù)日益受到學(xué)術(shù)界的關(guān)注和重視，并形成了強有力的發(fā)展趨勢。特別是2017年10月底，國家發(fā)改委和能源局頒布了《關(guān)于開發(fā)分布式發(fā)電市場化交易試點的通知》（發(fā)改能源[2017]1901號），這是國家從電改方面支持分布式發(fā)電的一個重要舉措，對于分布式光伏具有重大意義。

傳統(tǒng)的DSP代碼開發(fā)方法是依賴于C語言編程，導(dǎo)致了編程工作繁瑣，開發(fā)效率低下等，而TI公司和Mathworks公司聯(lián)合推出了開發(fā)環(huán)境Embedded Target for TI C2000/C5000/C6000 DSP Platform和接口工具M(jìn)atlabLink for CCS DevelopmentTool，Embedded CoderTM可以生成可讀、緊湊和快速的C和C++代碼供嵌入式處理器使用[1]。本文采用自動代碼生成技術(shù)實現(xiàn)光伏三相逆變控制，在Matlab2017a中搭建了仿控一體化模型和自動代碼生成平臺，不僅可以進(jìn)行電路系統(tǒng)的仿真模擬，還能直接自動生成C語言代碼，直接加載到DSP28335開發(fā)板中，對研究的算法和設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)快速驗證，對提高開發(fā)效率有重要意義。

1 三相離網(wǎng)逆變器的理論研究

1.1 三相離網(wǎng)逆變器控制結(jié)構(gòu)的研究

三相離網(wǎng)逆變器系統(tǒng)采用微控制器TMS320F28335為控制核心，主電路采用一個三相橋式逆變電路，逆變單元控制方法采用 PID電壓電流雙閉環(huán)控制，光電隔離模塊、驅(qū)動模塊，LC濾波模塊，檢測模塊、信號調(diào)理模塊及Y形連接負(fù)載模塊組成。使用DSP28335自帶的ADC和PWM波生成模塊，使輸出電壓穩(wěn)定。三相離網(wǎng)逆變器系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

如圖1所示，在逆變回路中，設(shè)置兩個檢測點，分別為三相全橋逆變后的電流檢測設(shè)為Iabc，負(fù)載端的電壓檢測設(shè)為Uabc，用于把交流量通過空間坐標(biāo)變換轉(zhuǎn)化為直流量，此處，采用兩個電流霍爾和兩個電壓霍爾分別采S集a相和b相的電流和電壓，c相可以由三相相差120°求得。主電路三相逆變橋電路結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，為提高開關(guān)頻率且需要控制開關(guān)損耗，采用的是MOSFET管，MOSFET相較于IGBT使用在低壓功率中，耐壓等級在 1000V以下，滿足實驗要求且開關(guān)速度快。

圖2 三相逆變橋電路結(jié)構(gòu)圖

1.2 光伏升壓模塊仿真搭建

為實現(xiàn)Matlab2017a/Simulink所搭建的光伏升壓模塊如圖3所示，它是以光伏電池單二極管等效電路模型。利用Boost電路原理[3]，使電壓升至60V，實現(xiàn)逆變器直流側(cè)電壓平穩(wěn)輸出。本仿真使用的MPPT算法是擾動觀察法，在硬件實驗平臺上，簡單以直流穩(wěn)壓電源代替。

圖3 光伏升壓模塊部分仿真

2 基于Matalab仿真搭建

利用 Matlab搭建的光伏三相逆變仿真模型如圖4所示。

圖4 Matlab搭建的光伏三相逆變仿真模型

在 Matlab/Simulink中搭建光伏三相逆變器的仿控模型[2]，主要分為兩大部分，電氣仿真?？旌痛a生成模塊。電氣仿真部分的功能主要是對主電路的實際硬件模型參數(shù)進(jìn)行配置；代碼生成模塊主要是控制器中執(zhí)行的控制算法和控制DSP28335的輸入輸出參數(shù)的變換。電氣模型包括光伏升壓部分，主要利用Boost電路使電壓升到60V，直流側(cè)電壓檢測模塊，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模塊，控制部分由外環(huán)電壓控制模塊和內(nèi)環(huán)電流控制模塊組成，通過檢測直流側(cè)電壓的輸出與給定電壓的比較，得到誤差信號經(jīng)過電壓外環(huán)PI控制器得到電流內(nèi)環(huán)的給定值，與電感電流做比較，得到誤差信號再經(jīng)過電流內(nèi)環(huán)PI控制器后與三角波比較產(chǎn)生占空比來控制逆變電路的開通和關(guān)斷。和單電壓環(huán)相比，增加電流內(nèi)環(huán)，能夠增加系統(tǒng)的帶寬、系統(tǒng)反應(yīng)速度、系統(tǒng)抗干擾能力、穩(wěn)定性、調(diào)節(jié)時間，更具有優(yōu)越性。利用雙環(huán) PID控制器可以對直流母線電壓的實際值與參考值的偏差進(jìn)行快速跟蹤控制，也可以使系統(tǒng)的輸出電流不斷跟隨參考電流及時變化。

雙環(huán)PID控制拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)用到了Embedded Target庫中的PID控制模塊?？梢酝ㄟ^設(shè)置PID控制器的比例、積分、微分項，使PID控制器能夠快速跟蹤。

3 自動代碼生成設(shè)計

一般在搭建硬件系統(tǒng)之前，需要使用 Matlab搭建仿真以驗證算法及系統(tǒng)的可行性和控制效果。雖然對硬件系統(tǒng)調(diào)試時，使用 C語言程序能實時查看和調(diào)整參數(shù)會方便的多，而使用Matlab克服了C語言調(diào)試時間長等缺點[4]。

4 硬件實驗結(jié)果分析

通過分析光伏三相離網(wǎng)逆變器的系統(tǒng)，搭建了基于自動代碼生成系統(tǒng)的仿真，并下載到DSP28335中。圖 5為本系統(tǒng)的硬件實驗平臺，實驗平臺采用DSP28335、直流電壓源為60V，濾波電感L為3mH，濾波電容C為10μF，負(fù)載電阻為14Ω。硬件實驗結(jié)果證明，利用自動代碼生成技術(shù)搭建的光伏三相離網(wǎng)逆變器，能夠?qū)崿F(xiàn)逆變負(fù)載側(cè)三相輸出，輸出較穩(wěn)定。圖6為負(fù)載側(cè)三相逆變輸出電壓。該方法不僅簡單、易于理解，同時能夠快速調(diào)試硬件平臺，縮短了開發(fā)周期，提高了系統(tǒng)的可移植性。

圖5 三相離網(wǎng)逆變硬件平臺

圖6 硬件平臺負(fù)載測輸出波形

[1] 章麗紅. 基于重復(fù)和 PI控制的光伏離網(wǎng)逆變器的研究[J]. 電力電子技術(shù), 2012(3)： 33-35.

[2] A G Y, F D F, et al. High—Performance Digital Resonant Controllers Implemented With Two Integrators[J]. IEEE Trans. Power Electron, 2011, 26(2)：563-576.

[3] 王兆安, 黃俊. 電力電子技術(shù)[M]. 4版. 北京： 機械工業(yè)出版社, 2006.

[4] 王曉雷, 張立功, 吳鋒, 等. 基于代碼生成系統(tǒng)的離網(wǎng)逆變器實時控制[J]. 電氣制造, 2013(6)： 72-75.