若滞环的环宽固定，电流跟踪的误差范围是固定的，但开关器件的开关频率是变化的，这将导致电流频谱较宽，增加了滤波器设计的难度，可能会引起间接的谐波干扰。
滞环比较器 PWM信号
图4一2滞环比较方式的电流控制图 4.1.3基于空间矢量的电流控制
空间矢量PWM(svPWM)控制策略是依据逆变器空间电压(电流)矢量切换来控制逆变器的一种新颖思路的控制策略。它抛弃了原来的正弦波脉宽调制(sPWM)，而是采用逆变器空间电压矢量的切换来获得准圆形旋转磁场，从而在不高的开关频率条件下，使逆变器的输出获得较好的性能[le]。
常规的PsWM将控制重点放在波形的改进上，所以在不高的开关频率条件下，很难产生较为完善的正弦波输出，即使开关频率较高，由于电压型逆变器固有的开关死区延时，降低了直流电压的利用率，甚至使波形发生畸变。
采用SVPWM控制的并网系统，主要具有电压利用率高、动态响应快等优点。目前运用的SVP毗控制技术主要分两类:一种是具有固定开关频率的sVP删电流控制，即利用同步旋转坐标系(d，q)中电流调节器输出的空间电压矢量指令，再采用SVP删使逆变器的空间电压矢量跟踪电压矢量指令，从而达到电流控制的目的:另一种是利用基于滞环电流控制的SVPMW，即利用电流偏差矢量或电流偏差变化率矢量空间分布给出最佳的电压矢量切换，使电流偏差控制在滞环宽度以郑州大学硕士学位论文第四章控制系统软件设计内，这实际是一种变开关频率的SVPMW。
4.1.4重复控制
虽然改进的PSMW电流跟踪控制策略电流的跟踪误差显著减小，但是无法消除周期性扰动误差和指令误差，使其无法更好地提高系统的稳定性和稳态性能。重复控制是一种能够消除稳定闭环内所有周期性误差的控制方案，能够有效较小输出波形的谐波分量，其基本思想源于控制理论中的内模原理1飞
4.13复合控制
重复控制在理论上能实现无静差，但这种内模结构给系统带来了N个位于单位圆上的开环极点，会降低系统的稳定性和鲁棒性，系统将会处于临界振荡状态，所以必须对其进行改进叫。改进的重复控制内模如图4一5所示，其中设置了滤波器Q(Z)，用于减弱积分效果，消除位于单位圆上的开环极点，一般取滤波器Q值为一个小于1的常数，在这里取0.98。由图4一5得到2域传递函数如式4.1:
G(2)=U(2)/E(2)二1/(1一0.982一N)(4.1)
式(4.1)离散化得U(K)二E(K)+0.98U(K一N)，K表示第K次重复信号发生器输出，由于积分效果的减弱，必然会导致稳态误差不为零，可以说是牺牲了稳态性能才提高了稳定性。在改进的重复信号发生器内模的基础上，添加周期延迟环节和稳定化补偿器就可构成一个比较完整的重复控制系统。考虑到开机时跟踪指令会受重复控制器的滞后影响，所以加了一个前馈通道，其作用是开机时系统可通过前馈通道跟踪指令，而使重复控制器来抑制误差，改善系统性能。整个控制结构框图如图5所示，其中2一N的作用是为了实现超前控制而滞后一个基波周期;zj是为了实现系统相位补偿而采用的超前j拍控制;5(Z)的作用有两个，一是为了把对象中的低频增益校正成1或略小于1，使Kr的调整归一化;二是抵消谐振峰值，提高稳定性，同时提高高频衰减特性。
该控制算法对死区影响及其它周期性扰动有明显的抑制作用，而且能消除跟踪误差，使系统输出达到无静差。同时，在控制中还将前馈控制与重复控制相结合，克服了重复控制固有的滞后调节特性，改善了光伏并网逆变器的输出并网电郑州大学硕士学位论文第四章控制系统软件设计流波形和稳态误差。
z-’盆:zjs(2) Q(2)Z’万
图4一3改进的重复控制结构框图 4.2、SPWM波的软件生成方法
SPWM波的产生可以通过硬件电路生成或通过软件编程生成。这两种方式中用硬件电路实现sPMW波的方法往往电路复杂，控制精度难以保证。而用软件编程的方法由于是采用数字控制方式，从而可以获得调节灵活、
稳定可靠、性能优越的控制效果，但是要求中央处理器的运算速度快，运算能力强。由于TMS320LF24O7芯片具有高速优异的运算功能和功能强大的P恻波发生模块，故本系统中使用软件编程的方法生成SPWM波。
通过软件编程的方法来生成SPWH波，其原理是基于正弦控制波和三角载波相交以确定开关通断时刻。用软件生成SPWM波一般有两种方法:查表法和计算法。查表法，即离线算出对应的脉宽数据，写入EPR明，实际控制时，由DSP通过查表和加减运算得到脉宽和间隔时间，以此控制功率器件的开通时间。计算法，即根据理论推导出脉宽函数表达式，由DsP在实际控制时实时在线计算，以获得相应的脉宽和间隔时间。一般来说，前者将占用大量存储空间，而后者则需要大量运算时间1叹
本系统中，为了实时有效地生成SP恻波，采用实时计算法生成SPMW波。 4.2.1使用TMS320LF2407芯片产生SPWM波 1.TMS320LF2407芯片的事件管理器模块介绍
每个WM5302FL2407器件都包括两个事件管理模块EAv和EBv，每个事件管理器模块都有2个通用定时器，3个比较单元，3个捕获单元及正交编码脉冲电路。
每个通用定时器最多可以提供4路P删输出，故每个事件管理器模块最多可以提供8路P恻，每块翔5320LF2407芯片最多可以提供16路P切M输出。
可选用连续增或连续增/减计数模式来产生PMW输出。选用连续增计数模式阮可产生边沿触发或非对称，信号:选用连续增/减计数模式可产生对称、信号。产生PWM输出的设置步骤如下:
设置和装载ACTRx寄存器:
如果使能死区，则设置和装载DBCTNOx寄存器;
设置和装载TIPR或T3PR寄存器，即规定P服波形的周期; 初始化CMPRX寄存器;
设置和装载COMCNOx寄存器:
设置和装载Tcl0N或T3c0N寄存器，来启动比较操作;
更新伽PRx寄存器的值，使输出的PWM波形的占空比发生变化。 2.TMS320LF2407芯片中PwM波发生器的功能特点
TMS3502FL2407芯片中的通过事件管理器(Ev)模块可以完成PwM波的产生。 PWM波发生器的功能特点如下: 16位寄存器;
有从0到16su的可编程死区发生器控制PWM输出对; 最小的死区宽度为1个CPU始终周期;
对PWM频率的变动可根据需要改变PWM载波频率;
在每个PWM周期内以及之后可根据需要改变PWM脉冲宽度: 外部可屏蔽的功率驱动保护中断;
自动重装载的比较和周期寄存器使CPU的负担最小。 3.TMS32OLF2407芯片产生PMW波的过程
比较寄存器Tcx即R中储存了一个值(脉宽值)，该值不断地与GP定时器TxCNT相比较，当两值匹配时，将发生一个特定的事件。其中包括相应比较/PWM输出引脚上的电平转换。另外，相应的比较中断标志被设置为1。GP定时器的周期寄存器TxPR中的值决定了定时器的周期。当周期寄存器和定时器计数器的值相匹配时，GP定时器的操作停止并保持当前值，复位为0或启动开始向下计数，这依赖于定时器的计数模式。
GP定时器的比较和周期寄存器(Tx以PR和TxP)R是被映象的，在一个周期中的任何时刻，可以向这些寄存器中的任何一个写入一个新的值。在下一个周期就可改变下个周期中的定时器周期和PWM脉冲的宽度。这样，就意味着P恻载波频率的现场变化，并且给产生形成SP恻波提供了可能。
GP定时器的PWM输出可以被定义为高电平有效，低电平有效或强制高电平、强制低电平。由G盯CON各位控制。当定义为高电平有效时，在发生比较匹配时，产生从低到高的跳变，接着发生周期匹配时，产生从高到低的跳变，从而完成一个周期，低电平有效的跳变方向与前者相反。并且如果比较寄存器值大于周期寄存器
值，则整个周期内输出为0。采用连续加/减计数模式，每次重复计数器都复位至0，一旦启动了这种工作模式，就不再需要任何软件或硬件的干预来重复计数周期了。全比较单元要受不同控制寄存器的控制，并且其变化要受死区单元的支配。
4.死区的概念及使用TMS320LF2407生成死区
在电机控制和功率电子应用场合中，两个功率器件(上臂和下臂)被串联放在一个功率转换支路中，为避免直通，两器件的开周期必须不能重叠，这就需要一对非重叠的P恻输出来正确地开关这两个器件。在一个三极管的关断和另一个三极管导通之间要插入一个时间间隔，此即为死区时间。这段延迟由三极管的开关特性和负载特性决定。
设计死区单元的目的是在任何情况下，确保上臂器件和下臂器件的开通期没有重叠。对每一个输入信号PHx，会产生两个输出信号DTPHx和DTPHx一，当比较单元和相关输出的死区未被使能时，这两个信号是相同的。当死区被允许用于比较单元时，这两个信号的转换边沿被一个称为死区的时间间隔分开，这个时间间隔称为死区时间，其大小由DBTCON中的相应位决定。
4.2.2 SPWM波的具体实现
使用TMS320L2F407中的通用定时器1(GP)I来产生四个全比较/PWM输出，使用通用定时器2(GP2)做普通定时器，定时从指定的表中读出SPWM波的脉宽并赋值给TxCMPR，从而不断改变脉宽，同时根据从电网中获取的同步信号的周期值计算后改变sP服波的载波周期值TxPR，从而生成合适的SPWM波。
4.3软件实现
本系统主控芯片采用的是美国Tl(Texaslnstru眼nts)公司型号为
TMS320LF2407A的DSP(DigitalsignalProscessing)芯片，属于T光320LF240x系列的16位定点运算DsP芯片，是专用于电机控制、变频调速和逆变控制的产品。DSP芯片的内部采用程序和数据分开的哈佛结构，具有专门的硬件乘法器，广泛采用流水线操作，提供特殊的DSP指令，可以用来快速地实现各种数字信号处理算法。TMs320LF240xDsP具有以下一些特点侧:
采用高性能静态CMOS技术，使得供电电压降为3.3v，减小了控制器的功耗;30MIPS的执行速度是的指令周期缩短到33ns(30阳2)，从而保证了控制器的实时控制能力。
基于TMS320CZxxDSP的CPU核，保证TWM5320LF240x系列代码和TMS320系列代码兼容。
片内高达32K字的FALHs程序存储器，高达1.KS的数据/程序R胡，544字节双口队M(DARAM)和2K字的单口RAM(SARAM)。
两个时间管理模块EAV和EVB，每个包括:两个16位通用定时器;8个16位的脉宽调制(PWM)通道。它们能够实现:三相反相器控制:P叫的对称非对称波形;当外部引脚尸D月W介出现低电平时快速关闭PWM通道;可编程的PWM死区开展以防止上下桥臂同时输出触发脉冲;3个捕获单元;片内光电编码器接口电路:16通道A/D转换器。事件管理模块适用于控制交流感应电机、无刷直流电机、步进电机、多级电机和逆变器。
可扩展的外部存储器(LF240)7总共192K字空间:64K字程序存储器空间:64K字数据存储器空间;64K字1/0寻址空间。
看门狗定时器模块(WDT)
10位A/D转换器最小转换时间为500ns，可选择由两个时间管理器来触发两个8通道输入A/D转换器或一个16通道输入的A/D转换器。
控制器局域网络(cAN)2.0模块。 串行通信接口(SC)l模块。
16位的串行外设(sPl)接口模块。 基于锁相环的时钟发生器。
高达40个的可单独编程或复用的通用输入/输出引脚(GPIO). 5个外部中断(两个电机驱动保护、复位和两个可屏蔽中断)。
电源管理包括3种低功耗模式，能独立地将外设器件转入低功耗模式. 4.3.1程序设计
系统的总体工作过程比较简单，系统上电后，首先是系统初始化、P侧初始化、捕捉初始化和A/D初始化，然后启动定时器，开中断，进入While(l)循环等待中断。其中主要有A/D中断，保护中断。主程序流程图见图4一4。
在系统初始化中主要是设置寄存器的初始值，配置1/0端口复用引脚。P恻初始化中主要是设置PWM各输出引脚的有效电平，以及死区控制等。A/D初始化主要是配置A/D采样通道，以及启动方式，通道转换顺序等。
在/AD中断子程序中，检测并判断直流侧电压电流信号和交流侧电压电流及频率信号是否满足条件，计算占空比，更新比较寄存器值，发出驱动信号。
A/D中断子程序流程图见图4一5。 程序开始
OSp寄存器初始化 启动定时器 While(1) 等待中断 是
进入中断处理
图4-4主程序流程图
图4-5中断子程序流程图
第五章太阳能并网发电系统的孤岛效应及防止策略
由于光伏并网发电系统是直接将太阳能逆变后馈送给电网的，所以需要各种完善的保护措施。对于通常系统工作时可能出现的功率器件过流、功率器件驱动信号欠压、功率器件过热、太阳电池阵列输出欠压以及电网过压、欠压等故障状态，比较容易通过硬件电路检测配合软件进行处理。但对于光伏并网发电系统来说，还需要考虑在一种特殊的故障状态下的应对方案，即孤岛效应的防止对策。
5.1孤岛效应及其危害
所谓孤岛(ilsandign)效应是指当电网由于电气故障、误操作或自然因素等原因中断供电时，光伏发电系统未能及时检测出停电状态而脱离电网，使太阳能并网发电系统和周围的负载组成的一个电力公司无法掌握的自给供电孤岛侧.而这种现象不只太阳能发电系统存在，其他分布式发电系统也都会存在这种现象。
孤岛现象会对整个配电系统设备及用户端设备造成不良影响，主要有以下几种情况:
1.电网无法控制孤岛中的电压和频率，如果电压和频率超出允许的范围，可能会对用户的设备造成损坏; 2.如果负载容量大于逆变电源容量，逆变电源过载运行，易被烧毁;
3.与逆变电源相连的线路仍然带电，对检修人员造成危险，降低电网的安全性;
4.对孤岛进行重合闸操作会导致该线路再次跳闸，还有可能损坏逆变电源和其它设备。
有上可知孤岛现象会严重影响电力系统的安全和正常运行。所以，必须寻求适当的解决之道来应对日趋严重的孤岛效应问题。
5.2孤岛效应国际通行标准
在通常情况下，一个装有过压、欠压、过频和欠频继电器的逆变器具有对孤岛的基本保护功能。电网一旦由于某中原因失电，逆变器输出功率与负载需求不匹配，负载两端电压和频率值就会逐渐超过继电器的额定值范围，此时继电器动作使逆变器与电网和负载脱离，同时逆变器停止工作。但是在源一负载功率平衡的情况下，电压和频率变化很小，这些继电器将失效，导致系统进入“孤岛运行”。
根据专用标准IEEStd.929一200和UL1714，所有的并网逆变器必须具有防孤岛的功能，同时这两个标准给出了并网逆变器在电网断电后检测到孤岛现象并将逆变器与电网断开的时间限制比胡。表5-1表明了断电后，在不同状态下所允许的检测到孤岛现象的最大时间。
表5一IIEEEStd.200-0929/UL1741对孤岛最大检测时间的限制 状态 断电后电网电压幅值 断电后电网频率 允许的最大检测时间 A V<0.5V助 口几口 6cycles B 0.5V~ 孤岛效应的检测方法一般分为两类，即被动检测法和主动检测法。被动检测法一般是利用检测电网的某些状态参量(电压、频率等)作为电网是否故障的判断依据。电网失电后，负载电压及频率均不稳定，从而可以判断孤岛效应是否发生。但是在源负载功率基本接近时，断电后负载的电压和频率变化很小，被动检测法就会失效。主动检测法是由并网逆变器定时产生一扰动信号，然后观察电网是否受影响作为判断电网是否故障的依据。当发生孤岛情况时，主动扰动将造成系统的不稳定。即使光伏电源的功率与局部电网负载的功率平衡时，也会通过扰动破坏功率平衡，造成系统的电压、频率有明显变化而检测出孤岛效应。 5.3.1被动检测方法 被动检测方法常见的有以下几种:
