三相光伏并網(wǎng)逆變器軟件框架課件

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-PV500KTLSolarInverter

ChenGe2012-07-17

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-PV500KT2Introductions系統(tǒng)軟件1.主控軟件DSP部分控制軟件CPLD邏輯控制軟件2.監(jiān)控軟件ARM觸控顯示軟件匯流箱數(shù)據(jù)采集軟件數(shù)據(jù)采集器通訊軟件上位機(jī)后臺(tái)監(jiān)控軟件遠(yuǎn)程遙信及下發(fā)軟件2Introductions系統(tǒng)軟件3目錄1.主控軟件1.1.電路拓?fù)浞治?1.2.坐標(biāo)變換分析1.3.解耦控制原理1.4.矢量控制原理1.5.軟件鎖相原理1.6.最大功率跟蹤1.7.孤島效應(yīng)研究1.8.電壓跌落研究3目錄1.主控軟件4目錄2.監(jiān)控軟件2.1.監(jiān)控系統(tǒng)說明2.2.通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2.3.通信協(xié)議說明2.4.觸控顯示軟件2.5.匯流采集軟件2.6.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2.7.后臺(tái)監(jiān)控軟件2.8.遠(yuǎn)程遙信軟件 4目錄2.監(jiān)控軟件51.1.電路拓?fù)浞治?.1.1.主控系統(tǒng)概述1.1.2.系統(tǒng)硬件框圖1.1.3.系統(tǒng)硬件拓?fù)?.1.4.等效硬件拓?fù)?.1.5.硬件拓?fù)浞治?1.1.電路拓?fù)浞治?.1.1.主控系統(tǒng)概述61.1.1.系統(tǒng)硬件概述系統(tǒng)主控部分主要功能完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采樣完成故障信息判斷完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上傳完成閉環(huán)控制計(jì)算完成驅(qū)動(dòng)波形生成系統(tǒng)包含的主要集成芯片如下1.主控芯片：TMS320F28335PGFA2.邏輯芯片：EMP570T1443.模數(shù)芯片：AD7606BSTZ61.1.1.系統(tǒng)硬件概述系統(tǒng)主控部分主要功能71.1.2.總體硬件框圖71.1.2.總體硬件框圖81.1.3.系統(tǒng)硬件拓?fù)?/p>

81.1.3.系統(tǒng)硬件拓?fù)?/p>

91.1.4.等效硬件拓?fù)?/p>

由于本系統(tǒng)為500kw并網(wǎng)系統(tǒng)，變壓器外接，不包含在系統(tǒng)之內(nèi)，因此整體拓?fù)浞治鰰r(shí)可將變壓器等效為電網(wǎng)一部分，考慮線路阻抗及光伏電池板的等效電阻，系統(tǒng)可以等效如下拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。91.1.4.等效硬件拓?fù)?/p>

由于本系統(tǒng)為500kw并網(wǎng)系統(tǒng)，101.1.5.硬件拓?fù)浞治?1

如等效硬件拓?fù)鋱D根據(jù)基爾霍夫電壓定律可得：101.1.5.硬件拓?fù)浞治?1

如等效硬件拓?fù)鋱D111.1.5.硬件拓?fù)浞治?2

寫成矩陣形式如下：111.1.5.硬件拓?fù)浞治?2

寫成矩陣形式如下：121.1.5.硬件拓?fù)浞治?3

可得abc軸狀態(tài)方程如下：121.1.5.硬件拓?fù)浞治?3

可得abc軸狀態(tài)方程如下131.2.坐標(biāo)變換分析1.2.1.克拉克變換分析1.2.2.等長變換和等功率變換分析1.2.3.帕克變換分析131.2.坐標(biāo)變換分析1.2.1.克拉克變換分析141.2.1.克拉克變換分析01對(duì)abc三相進(jìn)行克拉克變換

141.2.1.克拉克變換分析01對(duì)abc三相進(jìn)行克拉克變換151.2.1.克拉克變換分析02由上圖可知（2/3系數(shù)見1.2.2分析）151.2.1.克拉克變換分析02由上圖可知（2/3系數(shù)見1616171.2.3.帕克變換分析01令alpha軸隨角頻率逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)并使之為d軸，垂直于d軸設(shè)q軸，得帕克變換，其中d為有功，q為無功171.2.3.帕克變換分析01令alpha軸隨角頻率逆時(shí)針181.2.3.帕克變換分析02由上圖可得

181.2.3.帕克變換分析02由上圖可得191.2.3.帕克變換分析03可得dq軸狀態(tài)方程如下191.2.3.帕克變換分析03可得dq軸狀態(tài)方程如下201.2.3.帕克變換分析04由上述分析可知：經(jīng)過坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換后，三相對(duì)稱靜止坐標(biāo)系中的基波正弦變量將轉(zhuǎn)化成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的直流量，簡化了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，但從dq軸狀態(tài)方程可以看出，這是一個(gè)強(qiáng)耦合系統(tǒng)，q軸電流的變化對(duì)d軸的電流有影響，而d軸電流的變化對(duì)q軸也有影響，即d、q軸電流除受控制量Ud、U。影響外，還受耦合項(xiàng)、擾動(dòng)和網(wǎng)側(cè)電壓的影響。201.2.3.帕克變換分析04由上述分析可知：經(jīng)過坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)211.3.解耦控制原理1.3.1.解耦控制原理1.3.2.解耦控制框圖211.3.解耦控制原理1.3.1.解耦控制原理221.3.1.解耦控制原理01由dq軸的狀態(tài)方程可得

221.3.1.解耦控制原理01由dq軸的狀態(tài)方程可得231.3.1.解耦控制原理02由于dq變換之后系統(tǒng)是一個(gè)強(qiáng)耦合系統(tǒng)且受網(wǎng)側(cè)電壓的影響，因此需要采樣前饋解耦控制策略。由于耦合相為、因此需對(duì)這兩項(xiàng)解耦，同時(shí)加入網(wǎng)壓前饋?？刂撇捎肞I控制?？稍O(shè)計(jì)的控制方程如下-1。經(jīng)運(yùn)算可得dq軸最終狀態(tài)方程如下-2。231.3.1.解耦控制原理02由于dq變換之后系統(tǒng)是一個(gè)強(qiáng)241.3.1.解耦控制原理03241.3.1.解耦控制原理03251.3.2.解耦控制框圖251.3.2.解耦控制框圖261.4.矢量控制原理1.4.1.矢量控制原理1.4.2.矢量控制扇區(qū)判斷1.4.3.矢量控制作用時(shí)間判斷1.4.4.矢量控制波形產(chǎn)生1.4.5.矢量控制調(diào)制比說明1.4.6.矢量控制直流電壓利用率分析1.4.7.矢量控制瞬時(shí)功率計(jì)算261.4.矢量控制原理1.4.1.矢量控制原理271.4.1.矢量控制原理01在abc三軸上電壓表達(dá)式及三相電壓相加表達(dá)式如下所示（等長變換）271.4.1.矢量控制原理01在abc三軸上電壓表達(dá)式及三281.4.1.矢量控制原理02三相逆變器的開關(guān)信號(hào)(Sa，Sb，Sc)可以產(chǎn)生8種基本工作狀態(tài)，如圖2-4所示，即：100、110、010、011、001、101、111、000，這八個(gè)矢量就稱為基本電壓矢量，可分別命名為U0(000)、U1(001)、U2(010)、U3(011)、U4(100)、U5(101)、U6(110)、U7(111)

。在八種矢量中U0、U7稱為零矢量，其余六個(gè)基本電壓矢量是有效的，稱做非零矢量。281.4.1.矢量控制原理02三相逆變器的開關(guān)信號(hào)(Sa，291.4.1.矢量控制原理03在每一個(gè)扇區(qū)，選擇相鄰的兩個(gè)電壓矢量以及零矢量，按照伏秒平衡的原則來合成每個(gè)扇區(qū)內(nèi)的任意電壓矢量。291.4.1.矢量控制原理03在每一個(gè)扇區(qū)，選擇相鄰的兩個(gè)301.4.1.矢量控制原理04式中，Uref為期望電壓矢量；T為采樣周期；Tx、Ty、To分別為對(duì)應(yīng)兩個(gè)非零電壓矢量Ux、Uv和零電壓矢量Uo在一個(gè)采樣周期的作用時(shí)間；其中Uo包括了Uo和U7兩個(gè)零矢量。矢量Uref在T時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的積分效果和Ux、Uy以及矢量作用時(shí)間Tx、Ty、To、T7的積分相加總和值效果相同。301.4.1.矢量控制原理04式中，Uref為期望電壓矢量311.4.2.矢量控制扇區(qū)判斷01八種矢量將復(fù)平面分為6個(gè)扇區(qū)。311.4.2.矢量控制扇區(qū)判斷01八種矢量將復(fù)平面分為6個(gè)321.4.2.矢量控制扇區(qū)判斷02實(shí)現(xiàn)矢量控制的算法首先要判斷當(dāng)前的電壓矢量處在哪個(gè)扇區(qū)之中。如果當(dāng)前矢量處于第一扇區(qū)，則顯然，即可得條件：同理可得其他扇區(qū)條件如下321.4.2.矢量控制扇區(qū)判斷02實(shí)現(xiàn)矢量控制的算法首先要331.4.2.矢量控制扇區(qū)判斷03331.4.2.矢量控制扇區(qū)判斷03341.4.2.矢量控制扇區(qū)判斷04進(jìn)一步分析以上的條件，有可看出參考電壓矢量Uref所在的扇區(qū)完全由，，三式與0的關(guān)系決定，可令：341.4.2.矢量控制扇區(qū)判斷04進(jìn)一步分析以上的條件，有351.4.2.矢量控制扇區(qū)判斷05令N=A+2B+4C，由上述分析可得：當(dāng)N=3時(shí)，Uref位于第Ⅰ扇區(qū)；當(dāng)N=1時(shí)，Uref位于第Ⅱ扇區(qū)當(dāng)N=5時(shí)，Uref位于第Ⅲ扇區(qū)；當(dāng)N=4時(shí)，Uref位于第Ⅳ扇區(qū)當(dāng)N=6時(shí)，Uref位于第Ⅴ扇區(qū)；當(dāng)N=2時(shí)，Uref位于第Ⅵ扇區(qū)可得表格如下：N315462扇區(qū)ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ351.4.2.矢量控制扇區(qū)判斷05令N=A+2B+4C，361.4.3.矢量控制作用時(shí)間判斷01伏秒平衡法361.4.3.矢量控制作用時(shí)間判斷01伏秒平衡法371.4.3.矢量控制作用時(shí)間判斷02371.4.3.矢量控制作用時(shí)間判斷02381.4.3.矢量控制作用時(shí)間判斷03設(shè)有時(shí)間因子XYZ并令其計(jì)算如下381.4.3.矢量控制作用時(shí)間判斷03設(shè)有時(shí)間因子XYZ并391.4.3.矢量控制作用時(shí)間判斷04可得扇區(qū)及時(shí)間關(guān)系表格如下扇區(qū)ⅠⅡⅢⅣⅤⅥTx-ZZX-X-YYTyXY-YZ-Z-X391.4.3.矢量控制作用時(shí)間判斷04可得扇區(qū)及時(shí)間關(guān)系表401.4.4.矢量控制波形產(chǎn)生01矢量作用時(shí)間圖如下401.4.4.矢量控制波形產(chǎn)生01矢量作用時(shí)間圖如下411.4.4.矢量控制波形產(chǎn)生02可設(shè)Ta，Tb，Tc并令411.4.4.矢量控制波形產(chǎn)生02可設(shè)Ta，Tb，Tc并令421.4.4.矢量控制波形產(chǎn)生02扇區(qū)ⅠⅡⅢⅣⅤⅥTon1TaTbTcTcTbTaTon2TbTaTaTbTcTcTon3TcTcTbTaTaTb421.4.4.矢量控制波形產(chǎn)生02扇區(qū)ⅠⅡⅢⅣⅤⅥTon1431.4.4.矢量控制波形產(chǎn)生03通過Tonl，Ton2，Ton3與周期為Ts的三角載波進(jìn)行比較在時(shí)間段[0，Tonx]和[Ts—Tonx，Ts]內(nèi)輸出低電平“0”時(shí)間段[Tonx，Ts-Tonx]內(nèi)輸出高電平“1”這樣就得到了六個(gè)扇區(qū)下逆變器功率管的開關(guān)狀態(tài)，即可得到每個(gè)扇區(qū)下的SVPWM波。431.4.4.矢量控制波形產(chǎn)生03通過Tonl，Ton2，441.4.6.矢量控制直流電壓利用率分析01矢量控制圖441.4.6.矢量控制直流電壓利用率分析01矢量控制圖451.4.6.矢量控制直流電壓利用率分析02451.4.6.矢量控制直流電壓利用率分析02461.4.6.矢量控制直流電壓利用率分析03采用SPWM調(diào)制方式時(shí)，波形如圖461.4.6.矢量控制直流電壓利用率分析03采用SPWM調(diào)47調(diào)制比為一正常三相驅(qū)動(dòng)波形47調(diào)制比為一正常三相驅(qū)動(dòng)波形481.4.6.矢量控制直流電壓利用率分析04481.4.6.矢量控制直流電壓利用率分析04491.4.6.矢量控制直流電壓利用率分析05由以上分析可得SVPWM調(diào)制方式直流電壓利用率比SPWM直流電壓利用率高15.47%491.4.6.矢量控制直流電壓利用率分析05由以上分析可得501.4.7.矢量控制瞬時(shí)功率計(jì)算01系統(tǒng)可以等效為如下圖H6橋等效成三相三角形連接正弦波電源線電壓UAB(sample)=相電壓UA相電流IAB=線電流IA(sample)/SQRT3則瞬時(shí)功率P=UA*IAB*3=UAB*(IA/SQRT3)*3=UAB*IA*SQRT3501.4.7.矢量控制瞬時(shí)功率計(jì)算01系統(tǒng)可以等效為如下圖511.4.7.矢量控制瞬時(shí)功率計(jì)算02進(jìn)行矢量控制時(shí)Ud等效于各相基波分量的D軸分量Id等效于各線電流的D軸分量511.4.7.矢量控制瞬時(shí)功率計(jì)算02進(jìn)行矢量控制時(shí)525.軟件鎖相原理525.軟件鎖相原理536.最大功率跟蹤6.1.1.MPPT說明536.最大功率跟蹤6.1.1.MPPT說明546.1.1.MPPT說明01546.1.1.MPPT說明01556.1.2.電導(dǎo)增量法01MPPT（電導(dǎo)增量法）模式原理分析由輸出功率特定圖可知最大功率點(diǎn)出功率對(duì)電壓的導(dǎo)數(shù)為零P=VI;即：D(P)/D(V)=0；也即：D(P)/D(V)=D(VI)/D(V)=ID(V)/D(V)+VD(I)/D(V)=I+D(I)*V/D(V)=0;可得：V/D(V)=-I/D(I);556.1.2.電導(dǎo)增量法01MPPT（電導(dǎo)增量法）模式原理56本地光伏監(jiān)控系統(tǒng)介紹光伏本地監(jiān)控系統(tǒng)光伏并網(wǎng)逆變器和光伏環(huán)境監(jiān)測儀以及匯流箱共同組成了光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，光伏數(shù)據(jù)采集器采集這三種設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析簡化，將有效數(shù)據(jù)保存后再上傳給本地監(jiān)控主機(jī)，監(jiān)控主機(jī)配合本地監(jiān)控軟件即可完