图2-7 正弦波脉宽调制（SPWM）示意图
如图 2-7 所示，调制信号为正弦波UM sinωt，电压峰值为UM，载波信号三角波的电压峰值为US，周期为Tc，并设定在每个三角波周期中只对正弦波采样一次，如在t1时刻对正弦波进行采样，通过采样点作平行于时间轴的水平线，在周期Tc内与三角波的交点为E和F点，EF 即为 SPWM 的导通时间ton=2ton1,SPWM的截止时间为toff=Tc-ton=2toff1,由图2-5可以得到：
toff1?ton1Tc?a4T?c?a4 (2.19)
图2-8 对称规则采样法生成SPWM
由图2-8，根据三角形相似原理，通过几何运算，可得ton1的计算公式为:
ton1?Tc2πk(1?Msin) (2.20) 4N
2.4 并网逆变器中同步锁相环的研究
在光伏并网发电系统中，为了保证并网电流和电压严格同频、同相（只有在功率调节器中出于无功功率补偿的需要，才可控的实现一定的相位差），锁相环（PLL－Phase-Locked Loop）的使用是必不可少的，它的作用是调节逆变器输出的频率和相位，使其和输入逐渐进入同步锁定状态。
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2.4.1 软件锁相环的基本原理
软件锁相环路的基本组成如图2-9所示，输入信号必须是一个经过整形的TTL电平信号，鉴相程序可以识别出计数器输出的取样信号相位与输入信号相位之间的相位差；环路滤波软件控制着环路相位校正的速度与精度；PCC为可编程控制计数器，也可将其称为本地受控定时器，其计数周期受环路滤波软件的控制。由于周期（或频率）与相位之间满足简单的积分关系，而周期（或频率）的检测在技术上较相位检测方便，因此在实际系统中往往取周期（或频率）为独立变量。
图2-9 软件锁相环SPLL的一般组成
2.4.2 基于光伏并网控制的软件锁相环的工作原理
光伏并网控制系统中的锁相控制环节由硬件和软件两部分综合完成，电网电压采样后通过硬件电路整形成与其同步的TTL方波信号，此信号送入DSP的CAP1口捕捉其上升沿，同时DSP内部为CAP1口分配一个计数器，将该计数器设置为递增计数模式，在捕捉中断到来时开始复位重新计数。
软件鉴相程序可方便的判断信号源（表示电网电压信号）与F2407周期寄存器T1PR（表示参考电流信号）相位的超前和滞后。上升沿到来时引发中断程序，读取捕捉中断计数时基的计数值，记为Tin；读取周期寄存器当前计数值，记为Tref，则Tref和Tin分别为锁相环的参考输入和反馈输入。环路滤波程序即一套软件锁相算法，实现Tin对Tref的跟踪功能。锁相算法有多种实现方案。软件锁相算法的运算结果重新送入周期寄存器中，使得F2407的周期寄存器T1PR相位跟踪电网电压相位变化，从而达到相位跟踪的目的。在并网软件锁相系统中，根据F2407的EV模块产生SPWM波的原理可知，周期寄存器T1PR的值等于输出SPWM波的载波周期，T1PR的值与载波比的乘积的2倍即为并网电流的基波周期。上述锁相过程可用流程图如图2-10所示：
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图2-10 并网软件锁相环程序流程
若CPU时钟频率为10MHz，则周期寄存器T1PR每增加1，则对应并网逆变器输出电流周期增加30us（计算公式为：载波比*2/fcpu）。若CPU时钟频率为20MHz，则相应T1PR的单位增量，对应的输出周期值的增量为15us，可见DSP的时钟频率是影响SPLL速率的一个因素。而软件锁相算法则是影响SPLL的另一个因素。
2.4.3 并网控制中的锁相算法分析
与模拟锁相环相比，软件锁相环的实现要简单得多。通过硬件辅助，锁相环的实质就是对，使T1PR跟踪给定Tref（电网电压周期）的变化。用示意图表示如图2-11所示:
图2-11 并网控制中软件锁相环的实质
因为在调节过程中频率不能变化太大，需要对锁相算法结果进行限幅，使输出电流周期在Tmax－Tmin。范围内波动。同时，限幅环节保证了输出频率在50Hz左右，可起到了防止锁相环失锁的功能。
算法一：逐次逼近算法
该算法的指导思想是：若误差(e=Tref－Tin)小于零，使周期寄存器TPR长度减1；反之，若误差大于零，使TPR的值加1；如此反复调整后控制误差在一个极小的范围内来回摆动。该算法的实质就是通过反复调整TPR，且每次调整量为1个计数长度，来使Tin渐次逼近Tref，它实际上是一个以软件实现的简单比例调节系统。这种算法的缺点是锁相时间相对较长。举例说，调整并网电流从50Hz变化为51Hz，需要的调整时间为52个中断周期，但其优点是超调量为零。
算法二：最优时间PLL
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图2-12示出了最优时间法的锁相过程。图(a)(b)分别表示输入和输出信号，图(c)表示调节增量。当(a)的周期在t=t0时从T1变化到T2(在PLL中一般都选择周期而不是频率作为变量进行分析)，(b)跟踪(a)，但(b)对变化的响应有一个周期的误差，因为只有到下一个中断t=t1时，PLL才能侦测出这个误差，按照最快跟踪的原则，在下一个中断t=t2时PLL才补偿这个误差增量。
图2-12 最优时间PLL算法示意图
这种锁相调节器对输入信号的跟踪仅需2个中断周期，但实验及仿真结果表明，其超调量达到了几乎100%，这将导致并网逆变器输出波形的剧烈震荡，可能会导致严重后果，因此实际并网系统中不宜采用。显然，光伏并网发电的实践需要一个比较执中的PLL方案。
上面提出的算法(1)属于具有最小超调量，但锁相速度最慢的情况，算法(2)具有最快响应时间，但几乎达到100%的超调量。从PLL的数学模型理解，锁相算法的设计，本质上即选择合适的ξ和ωn以协调锁相速度和调节时间之间的矛盾。
2.5 本章小结
本章分析光伏并网逆变器的控制目标，并介绍了常用的并网逆变控制方法。本章对并网逆变器的各种控制策略进行了比较的基础上，采用有效值外环、瞬时值内环的控制策略。本章同时介绍了数字锁相环在光伏并网逆变器中的应用，并分析了并网控制中的锁相算法。
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第三章 光伏并网发电系统软件设计
3.1 系统主程序流程图
主程序主要处理实时性要求较低的功能，如各设定量及设定工作状态的测取，这些设定包括内外环调节器参数，直流侧电压给定，系统工作状态等。主程序还应当包括系统初始化、启停机判断、提供监控及等待中断，系统的初始化是指特殊功能寄存器和通用寄存器初始化以及各事件管理模块的初始化等。程序流程如图3-1所示。
图3-1 主程序流程图
//系统初始化子程序 void initial()
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