基于dsp的光伏并网逆变器硬件电路的设计毕业设计论文(编辑修改稿)

基于dsp的光伏并网逆变器硬件电路的设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

供电时，部分电网没有及时与电网隔离而形成一个失去控制的供电孤岛 [5]。 它可能对电网、电气设备、以及维修人员造成危害。 主要有以下几种情况： ，会对电力公司线路维修与保障人员的安全造成 危害。 ，导致输出电流、电压和频率不稳定，影响传输电能质量。 ，由于电网和逆变器的电压、电流不同相而对用电设备造成损坏。 由此可知，孤岛效应不仅会严重影响电力系统的安全运行和正常维护，还会榆林学院本科毕业设计 9 对电力公司和用户造成重大财产损失。 所以，为了消除由孤岛现象引起的严重后果，我们应该选择一个合理的应对方法。 孤岛效应的检测方法 孤岛效应检测系统是检测孤岛效应的产生，并且当出现孤岛运行时，能使电网快速停止供电。 该技术分为被动式和主动式两种，被动式检测技术通过检测逆变器 交流输出端的电压、频率、相角等参数来判断孤岛效应是否发生。 但被动式检测的检测范围较小，而且当断电后负载的电压，频率变化很小，此时被动检测失效。 主动式检测技术通过有意的引入扰动信号通过观察电网是否受到影响来判断电网是否发生故障。 本章小结 本章首先对逆变器的拓扑结构以及输出电流控制方式进行了分析，并决定 选用双级式非隔离电压型逆变器结构作为主电路。 然后对最大功率点控制方式作了简单的分析，经过对扰动观察法、电导增量法、基于平均功率的变步长法的分析后，我们决定采用电导增量法来跟踪最大功率点。 最后对孤岛效应及 其检测方法进行了简单的介绍，了解到孤岛效应检测的考虑在光伏并网逆变器设计中也是非常必要的。 基于 DSP 的光伏并网逆变器硬件电路的设计 10 榆林学院本科毕业设计 11 第三章 基于 DSP 的并网逆变器硬件电路的设计 经过第二章对逆变系统控制方法的分析，我们确定了本设计的控制方案，其整体结构如图 31 所示。 它包括一个直流斩波电路、直流 /交流变换和 LC 频率滤波等部分，其中 Ugrid 代表电网侧的电压。 图 31 逆变器系统整体控制框图 在并网逆变器中的光伏电池阵列的直流输出电压相对较低，所以电池阵列可以直接采用多级串联而获得需要的逆变电 路侧的母线电压 ， 但由于电功率的输出以及环境的变化，使得逆变器直流母线电压将会产生波动，电池电源侧输出功率也也会产生波动。 所以为了升高直流母线电压我们需要增加一个 DC/DC 升压变换电路来， 并且采用双闭环控制来实现对母线电压的控制。 基于 DSP 的控制系统硬件设计 在控制系统中，数字信号处理器是一种专用于数字信号处理的微处理器。 它的原理是利用计算机或专用的处理设备对其接收的信号进行采集、变换、识别等加工处理来实现控制的目的。 该芯片控制精度高、坑干扰性强、性能稳定，在该领域应用较为广泛。 在本设计中，我们选择 由 TI 公司推出的 TMS320F2812 芯片来实现逆变器的控制。 数字信号处理器 DSP简介 TMS320F2812 是由 TI 公司研制的 32 位 DSP 芯片。 它具有反应迅速，系统运算精度高，处理能力强，具有良好的抗干扰性等特点。 而且它还拥有足够的 I/O 接口，因此应用十分广泛。 其功能结构框如图 32 所示。 基于 DSP 的光伏并网逆变器硬件电路的设计 12 图 32 F2812 的内部资源框图 DSP 系统硬件电路设计 在硬件电路设计中，其电路图是由 Protel DXP 软件来完成的。 它是由 Altium公司生产的一个电子线路设计软件，可以设计各 种电路图和 PCB 图。 而且其元件集成库中含有每个元件的原理图符号、分装模型等，为电路设计提供了极大的方便。 （ 1）辅助电源电路 辅助电源的功能是为电路提供低压电源来保证电路的稳定运行。 在本系统中，为了获得更好的电源性能，我们采用双电源供电机制。 它们的所提供的电压分别是 和。 其中， 是内部逻辑提供电压， 是外部接口引脚电压。 为了获得该供电电压，我们对 TPS767D318 输入 5V 的电压 ， 如图 33 所示。 1365321412111098714/ 1 RESET20181716151928252423222127261 GNDNCNCNC NCNCNC NCNCNCNCNCNCNC/ 2 RESET2 GND/ 1 EN/ 2 EN1 IN1 IN2 IN2 IN1 FB / NC1 OUT1 OUT2 OUT2 OUT2C 27 + C 71TPS 767 D 318U 20L 20L 21L 22INDUCTR 1INDUCTR 1INDUCTR 1+ 1 . 8 VD+ 3 . 3 VA+ 3 . 3 VDD 60D 61D 62D 63C 26C 28 R 91 KLEDC 69++C 7210 uF10 uFDIODE10 uFDIODE冯露露 1105230205+ 5 V 图 33 辅助电源电路 榆林学院本科毕业设计 13 在上图中，我们为 TPS767D318 的引脚 1 12 分别提供 5V 的电压。 将引脚 10 分别接地。 其中引脚 4 和 10 分别接地使内部的两个电压调整器使能。 当引脚 22 和 23 输出 ，引脚 17 和 18 输出 时， D1 导通；当引脚 22 和 23 输出 ，引脚 17 和 18 输出 时， D2 和 D2 导通。 电容在电路中均起滤波的作用。 （ 2） A/D 转换电路的设计 A/D转换调理电路是用来把采集到的信号转换成 TMS320F2812芯片所能识别的工作 数字信号。 一般情况下，它是由电压互感器、传感器、霍尔元件等器件来将所收集的信号转为弱电信号，并把该信号经调理电路后接入 DSP。 图 34是转换电路与芯片连接图。 78654321A D 6A D 7A D 5A D 4A D 3A D 2A D 1A D 0J P 178654321A D C B 6A D C B 7A D C B 5A D C B 4A D C B 3A D C B 2A D C B 1A D C B 0A D [ 0 . 7 ]J P 2A D C B [ 0 . 7 ]1 I N 1 O U T1 I N +G N DV C C2 O U T2 I N +2 I N 0 . 1 u F87564321U 1L M 3 5 8C 1C 2A D 0A D C A 0+ 5 VR 15 . 1 KR 21 0 K R 3R 4A D 10 . 1 u FA D C A 1+ 5 VC 30 . 1 u F1 0 K5 . 1 K冯 露 露 1 1 0 5 2 3 0 2 0 5 图 34 A/D 转换电路 在上图中， AD0 和 AD1 为输入， ADCA0 和 ADCA1 为输出。 1OUT 和 1IN短接，所以 U1OUT=U1IN。 根据虚断和分压原理可知， U1IN+=R2/(R1+R2)AD0；由虚短可知，U1OUT=U1IN=U1IN+。 所以 ADCA0=U1OUT= R2/(R1+R2)AD0。 所以，当 AD0 输入高电平时， ADAC0页输出高电平。 同理， ADCA1= R4/(R3+R4)AD1。 电容 C C2 起滤波作用。 采样和调理保护电路设计 （ 1）直流侧电压采样电路 在本采样电路中，我们通过在直流输入端串入一个电压霍尔传感器来检测直流侧电压，并把采集到的电压信号传输的控制芯片中。 其采样检测电路如图 35所示。 基于 DSP 的光伏并网逆变器硬件电路的设计 14 +R 52R 49R 5110 K10 K5 KC 39100 pF200 pF 15 V+ 15 V直流电压霍尔采样电路814132U 10 A+ 3 . 3 VAD 0D 11D 14冯露露 1105230205U C 35100 KR 50U + 图 35 直流侧电压采样电路 在上图中，功率电阻 R50 的作用是检测原电压与被测电流的比值。 首先我们利用霍尔传感器处理来获得所需的电流信号，然后借助取样电阻来将其转化成电压信号，经过 RC 滤波电路滤波后通入电压跟随器，由限流电阻处理后在经过两个二极管接入到 AD0 引脚。 （ 2） 直流侧电流采样电路 在直流侧电流采样电路中，为了检测直流侧的电流 dcI ，我们在直流输入端串入一个电流传感器，并将其采集的直流电流信号直接送到 芯片中。 如图 36 所示。 +R 4 6 R 4 7 R 4 8R 5 3R 4 41 0 K1 0 K1 0 K1 0 K1 0 KI d cC 3 8C 3 7C 3 61 0 0 p F1 0 0 p F 2 0 0 p F 1 5 V+ 1 5 V直 流 电 流 霍 尔 采 样I i nI o u t314256U 6 B+ 3 . 3 VA D 1D 9D 1 3冯 露 露 1 1 0 5 2 3 0 2 0 5 图 36 直流侧电流采样电路 在霍尔采样中，实际与输出比例为 1000： 1，输出电流经过取样电阻 R46 转化为电压信号。 通过 R53 和 C38 滤波后，经过一个限流电阻 R47 送入到电压跟随器中。 然后再由限流电阻处理后在经过两个肖特基二极管后接入到 AD1 引脚。 （ 3） 交流侧电压采样电路 在交流侧电压采样电路中，霍尔电压传感器的作用是测得交流侧的电压，本设计选用霍尔电压传感器型号为 HNV025A。 该传感器电源电压是 15V ，绝缘 电压是 3kV，输入额定电流为 10mA ，输出额定电流为 25mA。 取得电压传感器的电压幅值范围是 [5V， +5V]。 如图 37所示。 榆林学院本科毕业设计 15 100 pF+ 3 . 3 VR 3010 KR 22R 21R 24R 27R 25R 26R 28C 28C 2910 K10 K10 K10 K10 K10 K10 K10 K111111+++555622244433U 6 AU 1 AU 53+ 2 . 5 V100 pF冯露露 1105230205C 30AD 3D 4D 5R 23 图 37 交流侧电流采样电路 在上图中，电路图的输入是霍尔传感器接收的输出信号。 其原理是先用一个电压跟随器将输出信号减半；然后利用一个加法器将输入的交流信号转换为单极性信号。 然后再将信号减半后接入 RC滤波电路，最后由两二极管限幅处理后接入AD3 引脚。 （ 4） 交流侧电流采样电路 在该电路中，我们利用霍尔传感器中来获得一定比例的弱电压信号。 电路如图 38所示。 +R 36R 37R 31R 32R 3510 K10 K10 K10 K10 KC 33100 pF200 pF 15 V+ 15 V交流电流霍尔采样Iin814132U 9 A+ 3 . 3 VAD 4D 6D 7冯露露 1105230205IoutC 32100 K+ 2 . 5R 33 图 38 交流侧电流采样电路 在本设计中，霍尔电流传感器的型号为 HNC100LA，交流绝缘电压为。 额定电流为 100A，电源电压为 15V ，输出额定电流为 50mA。 其中穿过电流传感器中间孔的测量信号为原边 的输入信号。 将电阻和输出端的电流信号串接起来即可转换为采样电压信号。 首先我们将霍尔传感器获得的电流信号，经过取样和滤波处理后后传入电压跟随器，由限流电阻处理后在经过两个二极管接入到 AD4 引脚。 （ 5） 电网交流侧过零比较电路 在本系统中采用的控制芯片只可以接收脉冲信号，因此我们一定要先将。