三相光伏并网逆变器软件框架课件

1,SoftwareDesign-PV500KTLSolarInverter,ChenGe2012-07-17,2,Introductions,系统软件1.主控软件DSP部分控制软件CPLD逻辑控制软件2.监控软件ARM触控显示软件汇流箱数据采集软件数据采集器通讯软件上位机后台监控软件远程遥信及下发软件,3,目录,1.主控软件1.1.电路拓扑分析1.2.坐标变换分析1.3.解耦控制原理1.4.矢量控制原理1.5.软件锁相原理1.6.最大功率跟踪1.7.孤岛效应研究1.8.电压跌落研究,4,目录,2.监控软件2.1.监控系统说明2.2.通信拓扑结构2.3.通信协议说明2.4.触控显示软件2.5.汇流采集软件2.6.数据采集系统2.7.后台监控软件2.8.远程遥信软件,5,1.1.电路拓扑分析,1.1.1.主控系统概述1.1.2.系统硬件框图1.1.3.系统硬件拓扑1.1.4.等效硬件拓扑1.1.5.硬件拓扑分析,6,1.1.1.系统硬件概述,系统主控部分主要功能完成实时数据采样完成故障信息判断完成实时数据上传完成闭环控制计算完成驱动波形生成系统包含的主要集成芯片如下1.主控芯片：TMS320F28335PGFA2.逻辑芯片：EMP570T1443.模数芯片：AD7606BSTZ,7,1.1.2.总体硬件框图,8,1.1.3.系统硬件拓扑,9,1.1.4.等效硬件拓扑,由于本系统为500kw并网系统，变压器外接，不包含在系统之内，因此整体拓扑分析时可将变压器等效为电网一部分，考虑线路阻抗及光伏电池板的等效电阻，系统可以等效如下拓扑结构。,10,1.1.5.硬件拓扑分析01,如等效硬件拓扑图根据基尔霍夫电压定律可得：,11,1.1.5.硬件拓扑分析02,写成矩阵形式如下：,12,1.1.5.硬件拓扑分析03,可得abc轴状态方程如下：,13,1.2.坐标变换分析,1.2.1.克拉克变换分析1.2.2.等长变换和等功率变换分析1.2.3.帕克变换分析,14,1.2.1.克拉克变换分析01,对abc三相进行克拉克变换,15,1.2.1.克拉克变换分析02,由上图可知（2/3系数见1.2.2分析）,16,17,1.2.3.帕克变换分析01,令alpha轴随角频率逆时针转动并使之为d轴，垂直于d轴设q轴，得帕克变换，其中d为有功，q为无功,18,1.2.3.帕克变换分析02,由上图可得,19,1.2.3.帕克变换分析03,可得dq轴状态方程如下,20,1.2.3.帕克变换分析04,由上述分析可知：经过坐标旋转变换后，三相对称静止坐标系中的基波正弦变量将转化成同步旋转坐标系中的直流量，简化了控制系统的设计，但从dq轴状态方程可以看出，这是一个强耦合系统，q轴电流的变化对d轴的电流有影响，而d轴电流的变化对q轴也有影响，即d、q轴电流除受控制量Ud、U。影响外，还受耦合项、扰动和网侧电压的影响。,21,1.3.解耦控制原理,1.3.1.解耦控制原理1.3.2.解耦控制框图,22,1.3.1.解耦控制原理01,由dq轴的状态方程可得,23,1.3.1.解耦控制原理02,由于dq变换之后系统是一个强耦合系统且受网侧电压的影响，因此需要采样前馈解耦控制策略。由于耦合相为、因此需对这两项解耦，同时加入网压前馈。控制采用PI控制。可设计的控制方程如下-1。经运算可得dq轴最终状态方程如下-2。,24,1.3.1.解耦控制原理03,25,1.3.2.解耦控制框图,26,1.4.矢量控制原理,1.4.1.矢量控制原理1.4.2.矢量控制扇区判断1.4.3.矢量控制作用时间判断1.4.4.矢量控制波形产生1.4.5.矢量控制调制比说明1.4.6.矢量控制直流电压利用率分析1.4.7.矢量控制瞬时功率计算,27,1.4.1.矢量控制原理01,在abc三轴上电压表达式及三相电压相加表达式如下所示（等长变换）,28,1.4.1.矢量控制原理02,三相逆变器的开关信号(Sa，Sb，Sc)可以产生8种基本工作状态，如图2-4所示，即：100、110、010、011、001、101、111、000，这八个矢量就称为基本电压矢量，可分别命名为U0(000)、U1(001)、U2(010)、U3(011)、U4(100)、U5(101)、U6(110)、U7(111)。在八种矢量中U0、U7称为零矢量，其余六个基本电压矢量是有效的，称做非零矢量。,29,1.4.1.矢量控制原理03,在每一个扇区，选择相邻的两个电压矢量以及零矢量，按照伏秒平衡的原则来合成每个扇区内的任意电压矢量。,30,1.4.1.矢量控制原理04,式中，Uref为期望电压矢量；T为采样周期；Tx、Ty、To分别为对应两个非零电压矢量Ux、Uv和零电压矢量Uo在一个采样周期的作用时间；其中Uo包括了Uo和U7两个零矢量。矢量Uref在T时间内所产生的积分效果和Ux、Uy以及矢量作用时间Tx、Ty、To、T7的积分相加总和值效果相同。,31,1.4.2.矢量控制扇区判断01,八种矢量将复平面分为6个扇区。,32,1.4.2.矢量控制扇区判断02,实现矢量控制的算法首先要判断当前的电压矢量处在哪个扇区之中。如果当前矢量处于第一扇区，则显然，即可得条件：同理可得其他扇区条件如下,33,1.4.2.矢量控制扇区判断03,34,1.4.2.矢量控制扇区判断04,进一步分析以上的条件，有可看出参考电压矢量Uref所在的扇区完全由，三式与0的关系决定，可令：,35,1.4.2.矢量控制扇区判断05,令N=A+2B+4C，由上述分析可得：当N=3时，Uref位于第扇区；当N=1时，Uref位于第扇区当N=5时，Uref位于第扇区；当N=4时，Uref位于第扇区当N=6时，Uref位于第扇区；当N=2时，Uref位于第扇区可得表格如下：,36,1.4.3.矢量控制作用时间判断01,伏秒平衡法,37,1.4.3.矢量控制作用时间判断02,38,1.4.3.矢量控制作用时间判断03,设有时间因子XYZ并令其计算如下,39,1.4.3.矢量控制作用时间判断04,可得扇区及时间关系表格如下,40,1.4.4.矢量控制波形产生01,矢量作用时间图如下,41,1.4.4.矢量控制波形产生02,可设Ta，Tb，Tc并令,42,1.4.4.矢量控制波形产生02,43,1.4.4.矢量控制波形产生03,通过Tonl，Ton2，Ton3与周期为Ts的三角载波进行比较在时间段0，Tonx和TsTonx，Ts内输出低电平“0”时间段Tonx，Ts-Tonx内输出高电平“1”这样就得到了六个扇区下逆变器功率管的开关状态，即可得到每个扇区下的SVPWM波。,44,1.4.6.矢量控制直流电压利用率分析01,矢量控制图,45,1.4.6.矢量控制直流电压利用率分析02,46,1.4.6.矢量控制直流电压利用率分析03,采用SPWM调制方式时，波形如图,47,调制比为一正常三相驱动波形,48,1.4.6.矢量控制直流电压利用率分析04,49,1.4.6.矢量控制直流电压利用率分析05,由以上分析可得SVPWM调制方式直流电压利用率比SPWM直流电压利用率高15.47%,50,1.4.7.矢量控制瞬时功率计算01,系统可以等效为如下图H6桥等效成三相三角形连接正弦波电源线电压UAB(sample)=相电压UA相电流IAB=线电流IA(sample)/SQRT3则瞬时功率P=UA*IAB*3=UAB*(IA/SQRT3)*3=UAB*IA*SQRT3,51,1.4.7.矢量控制瞬时功率计算02,进行矢量控制时Ud等效于各相基波分量的D轴分量Id等效于各线电流的D轴分量,52,5.软件锁相原理,53,6.最大功率跟踪,6.1.1.MPPT说明,54,6.1.1.MPPT说明01,55,6.1.2.电导增量法01,MPPT（电导增量法）模式原理分析由输出功率特定图可知最大功率点出功率对电压的导数为零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);,56,本地光伏监控系统介绍,光伏本地监控系统光伏并网逆变器和光伏环境监测仪以及汇流箱共同组成了光伏并网系统，光伏数据采集器采集这三种设备的数据进行整合分析简化，将有效数据保存后再上传给本地监控主机，监控主机配合本地监控软件即可完成本地数据监控以及相应的控制动作。数据采集器和本地主机的通信方式可以选用485总线、TCP/IP通信以及GPRS无线通信通信方式。,57,1.本地光伏监控系统拓扑,58,远程光伏监控系统介绍,光伏远程监控系统光伏数据采集器采集光伏并网逆变器、光伏汇流箱以及环境监测仪的数据进行整合分析简化并保存后通过Internet与公司服务器主机数据采集软件握手并在握手成功之后上传当前所有实时参数。远程监控系统从机软件通过访问服务器主机获取发电系统的实时参数，完成相应遥信遥测遥控等功能。数据采集器和远程主机的通信方式可以选用TCP/IP通信以及GPRS无线通信等远程通信方式。,59,2.远程光伏监控系统拓扑,6