基于DSP實(shí)現(xiàn)可并機(jī)的逆變電源

1 引言

信息技術(shù)的迅速發(fā)展，對供電系統(tǒng)的容量、性能和可靠性要求越來越高，也推動著電力電子技術(shù)的研究不斷深入。多模塊并聯(lián)實(shí)現(xiàn)大容量電源被公認(rèn)為當(dāng)今電源變換技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。

對于實(shí)現(xiàn)大容量的逆變電源，同樣也可以采用并聯(lián)技術(shù)。由于逆變電源常采用新型全控功率開關(guān)器件構(gòu)成單元模塊，受功率開關(guān)器件容量限制，單個(gè)逆變電源模塊的容量是十分有限的，通過多個(gè)模塊并聯(lián)進(jìn)行擴(kuò)容，不僅可以充分利用新型全控功率開關(guān)器件的優(yōu)勢，減少系統(tǒng)的體積，降低噪聲，還可以提高系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度和逆變器的通用性。

1.1 逆變電源并機(jī)的原理

交流電源間的并聯(lián)運(yùn)行遠(yuǎn)比直流電源并聯(lián)運(yùn)行復(fù)雜，由于是正弦波輸出，必須要解決以下問題：

1)兩臺或多臺投入并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，相互間及系統(tǒng)的頻率、相位、幅度必須達(dá)到一致或小于容許誤差時(shí)才能投入，否則會引起系統(tǒng)不穩(wěn)定或各逆變單元間產(chǎn)生環(huán)流;

2)并聯(lián)工作過程中，各逆變單元輸出必須保持一致，否則，頻率微弱差異的積累將造成系統(tǒng)輸出幅度的周期性變化和波形畸變，相位不同使輸出幅度不穩(wěn);

3)均流要求高，均流包括有功和無功均流，即功率的平均分配包括有功功率和無功功率的平均分配;

4)故障保護(hù)除單元內(nèi)部故障保護(hù)外，當(dāng)均流或同步異常時(shí)，要將相應(yīng)有故障的逆變單元切除，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定。

解決上述問題的關(guān)鍵是解決均流問題，鑒于此，采用有功和無功并聯(lián)控制方式。

該控制方式實(shí)際上是實(shí)現(xiàn)并聯(lián)功率偏差控制。當(dāng)并聯(lián)逆變單元出現(xiàn)輸出有功或者輸出無功不一致時(shí)，通過檢測出本單元的有功或無功偏差值，來調(diào)節(jié)逆變單元輸出電壓的相位和幅值，保證每一個(gè)逆變單元輸出的有功與無功相等，達(dá)到均流的目的。圖1是兩個(gè)逆變單元并聯(lián)給負(fù)載供電的網(wǎng)絡(luò)模型。逆變單元1的輸出有功P1和無功Q1分別為：

P1=E1Usinδ1/X(1)

Q1=(E1Ucosδ1-U2)/jX(2)

逆變單元2的輸出有功P2和無功Q2分別為：

P2=E2Usinδ2/X(3)

Q2=(E2Ucosδ2-U2)/jX(4)

由式(1)～式(4)可知，有功的大小主要取決于功率角δ，無功的大小主要取決于逆變單元的輸出幅值E1和E2，因此可以通過調(diào)節(jié)功率角δ來調(diào)節(jié)輸出有功功率的大小，通過調(diào)節(jié)逆變單元輸出電壓的幅度來調(diào)節(jié)無功的大小，從而可實(shí)現(xiàn)各輸出電源模塊的均流。

 

圖1 兩個(gè)逆變單元并聯(lián)給負(fù)載供電的網(wǎng)絡(luò)模型

1.2 逆變電源并機(jī)的數(shù)字控制

早期的微處理器運(yùn)算速度有限，通常只具有給定正弦波的發(fā)生、控制逆變電源的開關(guān)及實(shí)現(xiàn)保護(hù)顯示等功能，逆變電源的核心——逆變器的控制仍然需要模擬電路的參與。隨著電機(jī)控制專用DSP的出現(xiàn)和控制理論的發(fā)展，使得逆變電源的控制技術(shù)朝著全數(shù)字化的方向發(fā)展。

逆變電源采用數(shù)字控制，具有以下明顯優(yōu)點(diǎn)：

1)每個(gè)并聯(lián)運(yùn)行的逆變單元模塊都采用全數(shù)字化控制，易于在模塊之間更好地進(jìn)行均流控制和通信，或者在模塊中實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的均流控制算法，從而實(shí)現(xiàn)高可靠性、高冗余度的逆變單元并聯(lián)運(yùn)行系統(tǒng);

2)易于采用先進(jìn)的控制方法和智能控制策略，使得逆變電源的智能化程度更高，性能更完美;

3)控制靈活，維護(hù)方便，系統(tǒng)的一致性好，成本低。

正弦波逆變電源的控制策略有PLD控制、無差拍控制、模糊控制等。對于高性能的逆變電源的設(shè)計(jì)，模糊控制器有著以下優(yōu)點(diǎn)：

1)模糊控制器的設(shè)計(jì)過程中不需要被控對象的精確數(shù)學(xué)模型，模糊控制器有著較強(qiáng)的魯棒性和自適應(yīng)性;

2)查找模糊控制表只須占用處理器很少的時(shí)間，因而可以采用較高采樣率來補(bǔ)償模糊規(guī)則和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的偏差。

2 系統(tǒng)概述

2.1 系統(tǒng)特性

1)基于DSP56F805全數(shù)字化設(shè)計(jì)，控制元器件少，可靠性高，穩(wěn)定度高;

2)高可靠性SPWM設(shè)計(jì);

3)采用CAN總線技術(shù)，并機(jī)安裝方便;

4)可實(shí)現(xiàn)N+1逆變單元并聯(lián)擴(kuò)容;

5)各逆變單元獨(dú)立工作，民主均流;

6)采用獨(dú)特調(diào)控原理，“均流不平衡度”≤2%;

7)可帶電熱更換，操作維護(hù)方便;

8)輸出電壓精度高，為220(1±1%)V;

9)輸出頻率精度高，為50±0.001Hz;

10)全LCD數(shù)字顯示、測量，菜單控制操作，便于對系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)測;

11)智能化控制，RS-232標(biāo)準(zhǔn)接口，可方便實(shí)現(xiàn)本地和遠(yuǎn)程集中監(jiān)控管理;

12)保護(hù)功能全，具有直流輸入極性反接保護(hù)，直流輸入電壓過高、過低保護(hù)，輸出電壓過高保護(hù)，過載保護(hù)，短路保護(hù)，過熱保護(hù)等。

2.2 系統(tǒng)概述

2.2.1 逆變電源并聯(lián)系統(tǒng)

本逆變電源以DA2000HP(2000VA)逆變單元為核心，配以監(jiān)控器、靜態(tài)開關(guān)等，組成一個(gè)完整的逆變電源并聯(lián)系統(tǒng)。DA-HP逆變電源并聯(lián)系統(tǒng)工作原理框圖見圖2。[!--empirenews.page--]

 

圖2 DA-HP逆變電源并聯(lián)系統(tǒng)工作原理框圖

本系統(tǒng)工作時(shí)，首先每臺逆變單元DA2000HP進(jìn)行自檢，當(dāng)檢測到輸入電壓、溫度和硬件都正常后進(jìn)行同步和鎖相，最后逆變單元送出交流電壓。當(dāng)檢測到輸入電壓超低或超高、溫度超高或硬件故障，逆變單元停止輸出。逆變單元正常工作時(shí)，實(shí)時(shí)通過CAN總線檢測系統(tǒng)的電壓、電流、相位等參數(shù)，及時(shí)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)逆變單元之間同相及均流，同時(shí)并聯(lián)CAN總線與同步總線實(shí)時(shí)地把系統(tǒng)的參數(shù)、狀態(tài)送給監(jiān)控器，監(jiān)控器通過RS?232接口把系統(tǒng)的參數(shù)、狀態(tài)送給微機(jī)。在工作過程中，若逆變單元檢測到故障，則快速進(jìn)行“脫機(jī)”處理，即把出故障的逆變單元從系統(tǒng)中脫離，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定，同時(shí)發(fā)出告警信號及信息，提醒用戶及時(shí)處理。

系統(tǒng)中的靜態(tài)開關(guān)的作用是保證用戶負(fù)載供電的不間斷，當(dāng)逆變系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，靜態(tài)開關(guān)及時(shí)接通市電，斷開逆變系統(tǒng)，負(fù)載由市電供電。

2.2.2 逆變單元

DA2000HP逆變單元采用DSP芯片DSP56F805及先進(jìn)的數(shù)字信號處理(DSP)技術(shù)，使得逆變單元的變換、控制、反饋、測量、顯示、通信等實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制和管理。同時(shí)運(yùn)用先進(jìn)的軟件技術(shù)，控制和保護(hù)關(guān)鍵電路，盡可能減少整機(jī)元器件的數(shù)量，降低由于溫度、老化等問題引起的不穩(wěn)定因素，提高逆變單元的穩(wěn)定性和可靠性。

DA2000HP逆變單元工作原理框圖見圖3。

 

圖3 DA2000HP逆變電源工作原理框圖

DA2000HP逆變單元主變換電路采用高可靠性的單端高頻功率變換電路，變換頻率為64kHz。直流輸入通過輸入濾波器、輸入斷路器、輸入接觸器送入單端高頻功率變換電路，經(jīng)過變換，變壓器次級輸出高壓正弦調(diào)制波形。高壓正弦調(diào)制波形經(jīng)過高頻濾波器濾去高頻成分，得到100Hz半橋正弦波。100Hz半橋正弦波經(jīng)過50HzIGBT逆變橋變換得到50Hz220V純凈的正弦波。最后，50Hz220V純凈的正弦波通過輸出接觸器、輸出斷路器、輸出濾波器送給負(fù)載。

為了提高逆變單元的可靠性和負(fù)載適用性，在50HzIGBT逆變橋前增加補(bǔ)償器及損耗器。

DA2000HP逆變單元采用的算法是模糊控制算法，把電壓誤差和電流作為輸入模糊變量，實(shí)現(xiàn)逆變單元模糊控制。

2.3 DSP56F805簡介

Motorola公司開發(fā)的數(shù)字信號處理器DSP56F805具有16位高速定點(diǎn)運(yùn)算能力，既有單片機(jī)(MCU)靈活控制功能和豐富的外設(shè)，又有DSP高速運(yùn)算能力，非常適合電源控制、電機(jī)控制、工業(yè)控制、儀表制造等領(lǐng)域。這種型號的數(shù)字信號處理芯片具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1)很高的處理速度

單指令執(zhí)行周期為25ns(工作頻率為80MHz時(shí))，即每s可執(zhí)行40M條指令; 單周期16×16并行乘-累加器;

2)特有的并行結(jié)構(gòu)

采用Harvard結(jié)構(gòu)，程序區(qū)與數(shù)據(jù)區(qū)的存儲單元是分開的，高效16位DSP56800DSP內(nèi)核; 3條內(nèi)部地址總線和1條外部地址總線; 4條內(nèi)部數(shù)據(jù)總線和1條外部數(shù)據(jù)總線;

3)編程靈活

具有類似單片機(jī)的編程方式; 支持高級C語言編程; 開發(fā)方便，靈活的EVM板及豐富的SDK軟件包;

4)高度集成的內(nèi)部資源

片上集成閃存(Flash)及RAM，計(jì)有31.5K×16位的程序Flash，512×16位程序RAM，4K×16位的數(shù)據(jù)Flash，2K×16位數(shù)據(jù)RAM，2K×16位的啟動Flash; 2個(gè)獨(dú)立的PWM模塊，每個(gè)PWM模塊帶有6個(gè)可獨(dú)立編程PWM輸出腳，3個(gè)電流傳感取樣腳和4個(gè)故障檢測輸入腳，支持中心對準(zhǔn)PWM和邊沿對準(zhǔn)PWM工作方式; 可同時(shí)工作的2個(gè)12位ADC模塊，每個(gè)ADC模塊包含4路輸入腳，ADC模塊可與PWM模塊同步工作; 14路獨(dú)立的輸入輸出口，18路復(fù)用的輸入輸出口; 1個(gè)CAN2.0模塊; 2個(gè)異步串行口(SCI)和1個(gè)同步串行口(SPI); 2個(gè)微分解碼器; 4組計(jì)數(shù)定時(shí)器; 內(nèi)置COP模塊，方便完成看門狗(Watchdog)功能; 2個(gè)外部中斷源; 可編程的PLL時(shí)鐘; JTAG/OnCE接口，方便調(diào)試及生產(chǎn)。

3 系統(tǒng)硬件

系統(tǒng)硬件電路包括主控單元，A/D電路，PWM電路，并機(jī)與同步電路，檢測、控制及顯示電路，JTAG/OnCE電路，RS-232、時(shí)鐘及電源電路等。主控芯片用了一片144-pinLQFP封裝的DSP56F805數(shù)字信號處理器，具體電路如圖4。

 

圖4 系統(tǒng)硬件

3.1 主控單元

硬件以DSP56F805為中心，充分利用其 A/D、PWM、內(nèi)部Flash、CAN等自帶功能，簡化了設(shè)計(jì)。[!--empirenews.page--]

系統(tǒng)工作正常時(shí)，PWMA0～PWMA1腳輸出一對SPWM波形，通過隔離與驅(qū)動電路驅(qū)動單端變換電路功率管(MOSFET)，再經(jīng)過主變壓器升壓，次級得到高壓SPWM正弦調(diào)制波形，經(jīng)過L、C濾波得到純凈的100Hz半橋正弦波。PWMA2～PWMA3腳輸出一對PWM波形，通過隔離與驅(qū)動電路驅(qū)動功率管(IGBT)，得到50Hz220V純凈的正弦波。PWMA4作為D/A轉(zhuǎn)換，經(jīng)濾波成直流信號，通過隔離與驅(qū)動電路驅(qū)動損耗器。PWMB0～PWMB2作為輸出口，根據(jù)無功功率，選擇適當(dāng)?shù)碾娙?，通過隔離與驅(qū)動電路驅(qū)動補(bǔ)償器。A/D電路時(shí)刻檢測輸入電壓、輸出電壓、輸出電流、機(jī)內(nèi)溫度等參數(shù)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)參數(shù)超過軟件的設(shè)定值，DSP立即關(guān)斷SPWM信號，并發(fā)出報(bào)警信號。另外，F(xiàn)AULTA0作為輸出過流取樣，一旦FAULTA0電壓超過閾值，DSP立即關(guān)斷PWM輸出。

3.2 A/D電路

DSP56F805的ADC模塊具有下述特點(diǎn)：

1)12位精度;

2)同時(shí)或連續(xù)采樣工作方式;

3)同時(shí)采樣工作方式下，8個(gè)通道轉(zhuǎn)換時(shí)間為26.5ADC時(shí)鐘周期，即26.5×0.2μs=5.3μs;

4)可由PWM的內(nèi)部同步信號或定時(shí)器或外部信號觸發(fā)ADC轉(zhuǎn)換。

為提高轉(zhuǎn)換速度，本系統(tǒng)采用同時(shí)采樣工作方式，并由PWMA內(nèi)部同步信號觸發(fā)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。2個(gè)ADC模塊的配對情況如下：

AN0(100Hz電流取樣)——AN4(100Hz電壓取樣); AN1(輸出交流電流取樣)——AN5(輸出交流電壓取樣); AN2(輸入直流電壓取樣)——AN6(吸收管電流取樣); AN3(溫度取樣)——AN7(參考電壓1.25V)。

由于ADC采樣的量有直流量和交流量，故對兩種不同的量需進(jìn)行分別處理。

直流量(輸入直流電壓、溫度及參考電壓1.25V)采用一般的數(shù)字濾波處理方式，表達(dá)式如式(5)。

X=

(5)

式中：X為A/D采樣結(jié)果;X(n-1)為第n-1次的采樣結(jié)果;X(n)為第n次的采樣結(jié)果;K1、K2為修正系數(shù)。

交流分量包括100Hz電壓、電流、輸出電壓、電流、吸收管電流。在一個(gè)周期內(nèi)(10ms)采樣160次，根據(jù)式(6)～式(8)算出有關(guān)的功率值。

S=Ks[|U(i)|×|I(i)|](6)

P=Kp[U(i)×I(i)](7)

Q=(8)

式中：S為視在功率;P為有功功率;Q為無功功率;Ks、Kp為修正系數(shù)。

3.3 PWM電路

DSP56F805 PWM模塊具有以下主要特點(diǎn)：

1)3組互補(bǔ)的PWM對或6個(gè)獨(dú)立的PWM;

2)死區(qū)可調(diào);

3)半周期重裝載能力;

4)20mA輸出驅(qū)動能力。

本系統(tǒng)2個(gè)PWM模塊工作方式如下：

PWMA0，PWMA1(SPWM0，SPWM1)工作于互補(bǔ)的PWM對，用于產(chǎn)生SPWM調(diào)制波，載波為64kHz，調(diào)制波為100Hz;

PWMA2，PWMA3(PWM0，PWM1)工作于軟件控制的I/O，產(chǎn)生50Hz方波信號。把100Hz半波變換為50Hz全波;

PWMA4(D/A)工作于D/A，根據(jù)機(jī)內(nèi)溫度或損耗產(chǎn)生修正的信號調(diào)整吸收功率管;

PWMB0，PWMB1，PWMB2(F0～F2)工作于軟件控制的I/O，用以控制補(bǔ)償電路。

3.4 并機(jī)與同步電路

同步電路由PA0，PA1完成，其中PA0為輸入腳，檢測外部(其它的逆變單元)的50Hz同步信號，PA1為輸出腳，用以送出本機(jī)的50Hz同步信號。當(dāng)系統(tǒng)上電后，本機(jī)先檢測有無外部同步信號，若有則本機(jī)跟蹤外部的信號，并發(fā)出一個(gè)同步信號，若無則工作于本機(jī)的同步信號。

并機(jī)由CAN完成。CAN模塊負(fù)責(zé)收集其它逆變單元的狀態(tài)值(電壓、電流、頻率、有功功率、無功功率等)并發(fā)送本身的狀態(tài)值。

3.5 檢測、控制及顯示電路

1)PD2設(shè)置為輸入口，當(dāng)S1開關(guān)合上后電源才啟動;

2)PD6，PD7設(shè)置為輸入口，分別檢測輸入接觸器狀態(tài)及輸出斷路器狀態(tài)，只有兩個(gè)都正常逆變單元才工作;

3)PB0～PB7，PD0，PD1，PE2為LCD顯示控制電路，其中PE2為輸入口，為顯示菜單按鍵S2，PD0，PD1為輸出口，控制LCD的RS及E，PB0～PB7為輸出口，送出信號給LCD的數(shù)據(jù)口DB0～DB7;

由于采用16×2位字符型LCD模塊，查手冊知LCD的門限電壓為

Vih(min)=2.2V，Vil(max)=0.6V，

符合DSP芯片的邏輯，故DSP56F805可直接驅(qū)動LCD，不須電平轉(zhuǎn)換;

4)PD3～PD5，PE4～PE7為輸出口，分別控制有關(guān)指示燈及繼電器等。

3.6 JTAG/OnCE電路

DSP56F805提供JTAG/OnCE電路可方便用戶把程序?qū)懭肫瑑?nèi)的Flash閃存，也方便用戶在線編程、修改和升級軟件。[!--empirenews.page--]

3.7 RS-232、時(shí)鐘及電源電路

DSP56F805內(nèi)帶兩組SCI，本系統(tǒng)用了SCI0作為RS232接口，若單機(jī)使用時(shí)RS232作為通信口與PC機(jī)相連，若并機(jī)使用，則該口不用，由主監(jiān)控器負(fù)責(zé)與PC機(jī)通訊。

DSP56F805有一個(gè)帶PLL鎖相環(huán)時(shí)鐘單元，通過軟件編程可方便改變DSP的時(shí)鐘。

DSP56F805主電路由+3.3V供電。

為防止噪聲干擾影響A/D轉(zhuǎn)換精度，A/D采用獨(dú)立供電系統(tǒng)。

若外部的數(shù)字電路有+5V供電系統(tǒng)，與DSP接口必要時(shí)須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。

4 系統(tǒng)軟件

4.1 軟件原理

系統(tǒng)軟件的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)數(shù)字正弦信號，并穩(wěn)定輸出信號電壓，管理各種設(shè)備，并且完成并機(jī)的協(xié)調(diào)工作。

系統(tǒng)軟件通過查表的方式把數(shù)字信號送到脈沖寬度調(diào)制電路形成正弦信號Us，通過對輸出信號的采樣反饋得到Uf，經(jīng)過修正輸出正弦信號的幅值以達(dá)到穩(wěn)定輸出的目的。其結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

 

圖5 穩(wěn)壓反饋原理圖

考慮到電感性負(fù)載對逆變器工作的損害，本機(jī)采用電容補(bǔ)償。在對輸出電壓和電流進(jìn)行密集采樣之后，算出視在功率S、有功功率P及無功功率Q，

S=Ks[|U(i)|× |I(i)|](9)

P=Kp[U(i)×I(i)](10)

Q=(11)

根據(jù)無功功率的大小和本機(jī)的特性參數(shù)，設(shè)定無功功率允許窗口，利用查表方法投入適當(dāng)?shù)碾娙萁M合，達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康摹?/p>

4.2 軟件模塊結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，根據(jù)任務(wù)可分為7個(gè)模塊：系統(tǒng)初始化模塊、數(shù)字正弦信號產(chǎn)生及輸出穩(wěn)定模塊、補(bǔ)償模塊、并機(jī)均流模塊、故障檢測處理模塊、顯示模塊、通信模塊。其流程如圖6所示。

 

圖6 軟件模塊框圖

4.2.1 系統(tǒng)初始化模塊

系統(tǒng)初始化模塊包括：中斷及優(yōu)先權(quán)設(shè)置、PWM設(shè)置、定時(shí)設(shè)置、A/D設(shè)置、通用輸入輸出口設(shè)置、通信口設(shè)置等。系統(tǒng)初始化模塊是DSP工作的開始，程序放在DSP_ init()子程序及appcofig.h程序中。

4.2.2 數(shù)字正弦信號產(chǎn)生及輸出穩(wěn)定模塊

數(shù)字正弦信號產(chǎn)生及輸出穩(wěn)定模塊，又分為信號采樣及處理模塊、輸出穩(wěn)定模塊、PWM重加載中斷服務(wù)模塊等3個(gè)子模塊。

其中信號采樣及處理模塊又分為：A/D采樣，有功功率計(jì)算，無功功率計(jì)算，功率因數(shù)計(jì)算，輸出電壓有效值計(jì)算，輸出電流有效值計(jì)算等。

輸出信號穩(wěn)定模塊主要任務(wù)是根據(jù)給定的標(biāo)準(zhǔn)信號(輸出220V)和輸出的反饋信號之差采用模糊算法，以最快的速度把輸出電壓調(diào)整到標(biāo)準(zhǔn)值。

PWM重加載中斷優(yōu)先級最高。為保證以最快的速度完成PWM重加載工作，此程序采用匯編語言，利用DSP56F805的快速16位數(shù)的乘法，在約3μs內(nèi)完成重加載的計(jì)算工作。

4.2.3 補(bǔ)償模塊

逆變器在帶感性負(fù)載時(shí)，一方面功率因數(shù)降低，降低了逆變器的有功功率，另一方面滯后的電流會給逆變器帶來危害。補(bǔ)償模塊的作用是在帶感性負(fù)載時(shí)，用投入適當(dāng)電容的方法對感性負(fù)載進(jìn)行補(bǔ)償。根據(jù)信號采樣模塊計(jì)算出無功功率Q和本機(jī)最大允許無功功率ΔQ，采用模糊算法以最快的速度把無功功率調(diào)整到允許范圍內(nèi)。

4.2.4 并機(jī)均流模塊

并機(jī)均流模塊是為多單元并聯(lián)輸出時(shí)用的。它不僅保證各單元輸出電壓的幅度、頻率、相位一致，而且還要求各單元的輸出負(fù)載均流。通過CAN總線對參與并機(jī)的各單元電流進(jìn)行分析、計(jì)算，使本單元電流為總電流的1/N，達(dá)到均流的目的。

定時(shí)鎖相電路用來檢測相位和頻率，使數(shù)字正弦信號產(chǎn)生器輸出的相位和頻率一致。

4.2.5 故障檢測處理模塊

故障檢測處理模塊分別對輸入電壓太高或太低、輸出電壓太高或太低、輸出過載，PWM電路故障、機(jī)內(nèi)溫度、開關(guān)管狀態(tài)進(jìn)行檢測。對所檢測的故障分為兩類分別進(jìn)行不同情況處理：對于非致命性故障采用故障顯示及報(bào)警;對于致命性故障除采用故障顯示及報(bào)警外，還關(guān)閉PWM工作以防進(jìn)一步損害其它器件。

4.2.6 顯示模塊

顯示模塊是用來顯示逆變電源的工作狀態(tài)和參數(shù)，顯示的參數(shù)主要有Vin、Iin、Vout、Iout、Pout、θ等。由于采用16X2的LCD，每次只能顯示Vout及另一個(gè)參數(shù)，通過循環(huán)按動S2鍵可顯示其它參數(shù)。[!--empirenews.page--]

4.2.7 通信模塊

通信模塊是獨(dú)立于其它模塊單獨(dú)工作的，通過CAN總線管理進(jìn)行多單元通信工作。各并聯(lián)運(yùn)行的單元之間，采用數(shù)據(jù)包的方式進(jìn)行通信。數(shù)據(jù)包中包含有一個(gè)數(shù)據(jù)包標(biāo)志及若干個(gè)數(shù)據(jù)塊。每個(gè)數(shù)據(jù)中又包含了參與并聯(lián)單元的標(biāo)識號、輸出電流值等信息。通信模塊就是負(fù)責(zé)管理數(shù)據(jù)包的發(fā)送和接收工作，它是獨(dú)立工作的。它和并機(jī)均流模塊采用通信的方式傳送數(shù)據(jù)，并機(jī)均流模塊計(jì)算出本機(jī)的輸出電流后把它放在緩沖區(qū)內(nèi)，并通知通信模塊發(fā)送信號，當(dāng)通信模塊收到并機(jī)均流模塊的發(fā)送信號后，等到數(shù)據(jù)包到達(dá)本機(jī)后，本機(jī)狀態(tài)加入數(shù)據(jù)包中并發(fā)送出去，同時(shí)也向并機(jī)均流模塊發(fā)送有效數(shù)據(jù)包信號。并機(jī)均流模塊收到通信模塊發(fā)送來的信號后就到緩沖區(qū)中取走數(shù)據(jù)。

本系統(tǒng)采用Motorola公司的MSCAN軟件進(jìn)行CAN通信軟件的編程，方便快捷。

4.3 主程序清單

主程序框圖見圖7，主程序清單如下：

 

中斷程序如下 ：

void PWM_Reload_A_callback ( void ) ; /* PWMA重 加 載 中 斷 ， 根 據(jù) 相 位 送 出 不 同 指 令 * /

void SX_callback ( void ) ; /* 鎖 相 中 斷 * /

void HSCAN_Callback ( void ) ; /* MSCAN 中 斷 收 發(fā) 程 序 * /

 

圖7 主程序流程圖

4.3 特殊軟件算法說明

本機(jī)需要調(diào)整的量有：輸出電壓幅度、頻率、相位、功率因數(shù)、均流等，所有的算法都采用模糊算法。

輸出電壓調(diào)整的輸入變量有電壓偏差E和變化率ΔE，輸出控制量為脈沖寬度Zc，因此對輸入變量定義了兩個(gè)語言：電壓偏差和變化率。電壓偏差其模糊值為5個(gè)，即低、較低、中等、較高、高。對于變化率有3個(gè)模糊值，即減小、不變和增大。根據(jù)以上定義作相應(yīng)的模糊判決。

功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)妮斎胱兞繛橛泄β势?即反饋無功功率和允許無功功率之差)，其模糊值有3個(gè)，即負(fù)、正好、過大。其輸出控制量為投入電容的容量，電容的容量組合有8種，可根據(jù)有功功率偏差來確定電容的容量組合。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

我們采用DSP56F805做出2臺逆變電源樣機(jī)，試驗(yàn)結(jié)果令人滿意。

圖8為50Hz驅(qū)動波形，圖9為100Hz半波波形，圖10、圖11為SPWM波形。

 

圖8 50Hz驅(qū)動波形

 

圖9 100Hz半波波形

 

圖10 SPWM調(diào)制波形(低頻)

 

圖11 SPWM調(diào)制波形(高頻)

主要技術(shù)參數(shù)如下：

輸入電壓 DC40～60V 輸出電壓 AC220(1±1%)V 輸出頻率 50Hz±0.001Hz 輸出功率 2000VA 均流偏差 ≤2% 整機(jī)效率 ≥89%