中北大学2013届本科毕业论文
常方便。
正弦波的幅值可以通过实时计算和查表法两种方式得到，其中实时计算法支持的频率变化范围较大，非常适用于变频调速系统，而查表法更适用于像UPS和对电网电压进行跟踪反馈等频率变化范围不大的场合。
对并网逆变器而言，通常情况下采用查表法产生SPWM波，正弦调制波由一张正弦表提供，表的长度由载波比决定。在本设计中，载波频率设为10kHz，调制波频率50Hz，所以载波比为200。
比较寄存器的值的更新通常都是由中断完成，本设计采用下溢中断，即当计数器的值等于零时触发中断，通过计数器的值的增减来模拟三角波，可见，在整个过程中，正弦调制波和三角载波都不是实际的波形，而是模拟出来的、抽象的。 4.4 捕捉中断程序设计
在并网逆变控制系统中，为了实现并网电流与电网电压的同频同相，通常使用锁相环（PLL—Phase Locked Loop）技术。过去的锁相技术都是以硬件方式实现，随着DSP的应用，软件锁相环（Software PLL）得到极大发展。
通常锁相环的实现，都是先将电网电压经过零比较电路，生成同步方波信号，然后通过DSP的Capture捕捉中断判断过零点并通过时间寄存器实现锁相。该方法属于硬件电路配合软件算法共同实现。
根据调制方式的不同，软件锁相环的具体实现方法也有不同。采用异步调制时，即保持载波频率不变，这时可采用一种称为异步变频调制的锁相算法进行锁相[27，
29]
。该算法的基本思想是：根据控制芯片的字长，定义一个长度等于器件字长的相
位指针Phase-Index，该指针在调制频率下按照一定步长产生步进，会有周期性溢出，利用这个特点可以产生同频率的调制信号去控制开关管通断[25，26]。而当采用同步调制时，即保持载波比不变，此时锁相算法采用同步锁相。同步锁相基本思想如下：逆变器采用SPWM控制，载波比N是固定不变的，而N?fc/fr，当调制波频率改变，相应调整载波频率（即改变三角载波频率），本设计中即改变EPWM_PERIOD，则逆变器输出并网电流的频率也会随之改变，所以不断调整SPWM载波频率就能使输出电流的频率和电网电压频率一致。本设计就是利用同步锁相的思想先实现并网电流与电网电压同频，然后再进行相应的相位调节，最终实现同频同相，完成跟踪。
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从上面的描述可以看出，锁相的过程包括两部分，频率跟踪和相位同步。通常的锁相方法有指针归零法、先调频后调相法[26]。其中指针归零法是最简单的锁相方法，在捕获电网电压过零点的CAP1中断内，直接将正弦表的指针归零，实现并网电流参考信号与电网电压相位同步。该方法适用于输入频率稳定的情况。先调频后调相法是将调频和调相分开进行，首先实现输出和输入的频率达到一致，然后再考虑调相，最终使频率和相位都达到一致；同时调频调相法是将调频调相同时进行，即通过调频实现调相，调频的同时能过实现调相，使频率和相位同时与输入达到一致[27]。本文先使用指针归零法，然后再作改进。
本文利用DSP2808内部eCAP模块的eCAP 1来捕获电网电压过零点。电网电压过零信号通常由过零比较电路产生，过零比较电路产生电网电压同步方波信号送入eCAP 1，当eCAP 1检测到过零信号的上升沿时，触发eCAP 1中断，并将此时间点作为正弦基准信号的起点，即正弦表指针复位到零，则实现了锁相功能；每次定时器下溢中断触发时，正弦表指针便增加1位，将表中对应的正弦值赋给变量在主程序中计算SPWM波的占空比。发生定时器下溢中断时，为了对发生中断的次数进行统计，可以设置一个变量n，在eCAP 1再次捕获到电网电压过零点时，首先判断n是否超出频率正常范围，设定频率正常范围为49Hz～51Hz，则n的正常范围为196～204，然后比较变量n和载波比N，如果n=N，说明频率相同，定时器周期值不变；如果变量n≠N，定时器周期值改为T*?T*n，式中T*为根据前一N个载波周期算出的新的载波周期，并将该值赋给周期寄存器，用于计算下一个正弦周期SPWM波的占空比。经过以上步骤，调制波频率变化，对应改变载波频率，保证载波比不变，还能实现输出与电网电压同频同相[28]。
同步锁相的实现主要依靠两个中断配合实现，定时器下溢中断和上升沿捕捉中断，其中上升沿捕捉中断流程图如图4.3所示。 4.5 故障保护中断程序设计
在上主电之前，通常要先做好系统的保护。IPM模块本身具有故障保护功能，为了更好的实现保护，提高系统的可靠性，硬件上使用了三态门LVXC3245，可以通过控制OE端控制PWM的输出，OE端拉高时，可以封锁PWM输出。软件设计时加入了故障保护中断，配合硬件电路，一旦产生故障信号，比如出现过压、过流、短路等故障时，IPM发出故障信号，触发故障中断，封锁脉冲，断开继电器。
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保护中断要求响应迅速。流程图如图4.4所示。
新载波周期赋给周期 寄存器 清中断向量 返回 图4.3 上升沿捕捉中断流程图
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正弦表指针复位到零，变量n赋零 Y 计算新的载波周期 输出10kHz载波 196≤n≤204 N N Y 上升沿捕获中断？ 中北大学2013届本科毕业论文
TZ5中断 封锁脉冲 断开继电器 中断退出处理 返回
图4.4 故障保护中断流程图
5 并网逆变器控制策略的研究与实现
风力发电系统输出的电能要并入电网，电压幅值、频率、功率因数等都需要满足公共电网的要求，但是随着风速的变化，风力发电机输出转矩也会发生相应的改变，这就会导致发电机输出的电能不能满足电网要求，所以很有必要在风力发电机与电网之间引入电力电子整流逆变装置，通过对该装置的控制使最终输出的电能满足电网要求，实现风力发电系统的并网运行。 5.1 SPWM技术简介
PWM控制技术，也称脉宽调制技术，顾名思义，就是对脉冲的宽度进行调制的技术。脉宽调制利用的是面积等效原理，如图5.1所示，上下两块脉冲虽然形状
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不同，但是面积相等，意味着冲量相等，相同面积的脉冲加在惯性环节上，输出特性基本相同，所以二者可以等效[20]。
0
ωt
图5.1 SPWM调制基本原理示意图 0 u
ωt u SPWM调制是PWM的一种形式，经它调制输出的波形是SPWM波，具有正弦波的特性，加在感性或容性等惯性环节上时，其输出结果类似正弦波。逆变器常采用这种调制方法。将直流输入电压加在逆变器的输入端，通过SPWM调制生成驱动脉冲控制开关管的动作进而生成SPWM波，再经过滤波电容滤波后即可得到正弦输出。SPWM调制技术又分为单极性调制和双极性调制两种方式。
双极性SPWM调制方式的原理如下图5.2所示，图中调制波us?Usmsin?t，幅值为Usm，频率f??2?。载波uc为全波三角波，频率为fc,幅值为Ucm。同时定义调制比m?UsmUcm为正弦调制波的辅助与三角载波的幅值之比，频率比K?fcf为三角载波与正弦调制波的频率之比。
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