基于CCS5.5環(huán)境下的光伏三相逆變自動代碼生成研究

王曉雷 趙 倩 郭飛亞 楊合恒 柴 欣 李志霞

（中原工學院）

0 引言

傳統(tǒng)能源的巨大消費帶來了嚴重的環(huán)境污染，為了治理環(huán)境污染并實現(xiàn)經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展，新能源技術日益受到學術界的關注和重視，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MatlabLink 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，對研究的算法和設計能夠實現(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)逆變器控制結構的研究

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、驅動模塊，LC濾波模塊，檢測模塊、信號調理模塊及Y形連接負載模塊組成。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，設置兩個檢測點，分別為三相全橋逆變后的電流檢測設為Iabc，負載端的電壓檢測設為Uabc，用于把交流量通過空間坐標變換轉化為直流量，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構圖如圖2所示，為提高開關頻率且需要控制開關損耗，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速度快。

圖2 三相逆變橋電路結構圖

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，直流側電壓檢測模塊，坐標轉換模塊，控制部分由外環(huán)電壓控制模塊和內環(huán)電流控制模塊組成，通過檢測直流側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斷。和單電壓環(huán)相比，增加電流內環(huán)，能夠增加系統(tǒng)的帶寬、系統(tǒng)反應速度、系統(tǒng)抗干擾能力、穩(wěn)定性、調節(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控制拓撲結構用到了Embedded Target庫中的PID控制模塊?？梢酝ㄟ^設置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)調試時，使用 C語言程序能實時查看和調整參數(shù)會方便的多，而使用Matlab克服了C語言調試時間長等缺點[4]。

4 硬件實驗結果分析

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，負載電阻為14Ω。硬件實驗結果證明，利用自動代碼生成技術搭建的光伏三相離網(wǎng)逆變器，能夠實現(xiàn)逆變負載側三相輸出，輸出較穩(wěn)定。圖6為負載側三相逆變輸出電壓。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 硬件平臺負載測輸出波形

[1] 章麗紅. 基于重復和 PI控制的光伏離網(wǎng)逆變器的研究[J]. 電力電子技術, 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[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.