30KW光伏并网发电系统研究(9)

第六章 基于DSP的光伏并网发电系统软件设计

6.1 TMS320LF2407A芯片功能介绍

本文光伏并网发电系统的控制系统是以数字信号处理DSP核心来实现的，芯片选择Ti公司的TMS320LF2407A，TMS320LF2407A芯片作为是TI公司TMS320C2000系列中的一种16位定点DSP芯片，共有144引脚，其特点是 [14] ：

1、采用高性能静态CMOS技术，使得供电电压降为3.3V，减小了控制的功耗；40MHz的执行速度使得指令周期缩短到25ns，从而提高了控制器的实时控制能力；

2、基于TMS320C2000 DSP的CPU内核，保证了TMS320LF2407ADSP代码与TMS320系列DSP代码兼容；

3、有高达32K字的FLASH程序存储器，高达1.5K字的数据/程序RAM，544字的双口RAM和2K字的单口RAM；

4、两个事件管理器模块EVA和EVB，每个包括：两个16位通用定时器；8个16位有脉冲宽度调制(PWM)通道。并能够完成以下功能：

三相反相器控制；

PWM的对称和非对称波形输出；

当外部中断输入引脚出现低电平时快速关闭PWM通道； 可编程的PWM死区控制可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通道的A/D转换器。

5、扩展的外部存储器总共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。

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6、看门狗定时器模块(WDT)；

7、10位A/D转换器最小转换时间375ns，并且两个通道既可工作于独立方式也可以工作于级连方式。可选择两个事件管理器来触发。

8、控制器局域网络(CAN)2.0模块。 9、串行通讯接口(SCI)模块。 10、16位的串行外设接口(SPI)模块。 11、基于锁相环的时钟发生器。

12、高达40个可单独编程或复用的通用输入/输出引脚(GP10)。 13、5个外部中断(两个电机驱动保护、复位和两个可屏蔽中断)。

14、电源管理包括三种低功耗模式，能独立地将器件转入低功耗工作模式。

6.2 系统软件的总体设计

6.2.1 系统软件总体实现功能

图6.1 系统软件的总体功能图

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如图6.1系统软件的总体功能图，以TMS320LF2407A芯片对本光伏并网发电系统进行控制，主要将DC/DC变换器输出的的直流电能转换成与电网电压同频同相的交流电流馈送给电网，DSP主要完成以下任务：

1、采集直流、交流电压和电流等模拟量用于监测和控制；

2、向功率器件驱动板提供用软件产生的脉宽和频率可实时改变的SPWM信号； 3、检测电网电压的频率和相位实现数字锁相；

4、接受功率器件提供的过流、过压等保护信号，实现自动保护功能。 5、控制显示屏参数显示。

在本文DSP逆变控制的光伏并网发电系统中，用C语言来完成软件编程设计，主要由主程序、PWM中断子程序和AD采样中断子程序。如图6.2为主程序流程图。

图6.2 主程序流程图

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6.2.2 SPWM的实现

SPWM波是由三角波与正弦波相交截而成，三角载波由通用定时器产生。产生三角波的步骤为 [15] ：

(1)定时计时器赋初值。

(2)定时器周期寄存器赋值。DSP器件指令周期为Ts，则三角波周期Ta=N*Ts，(N为定时器周期寄存器的值)，TMS320LF2407A芯片的40MHz的执行速度，即指令周期Ts=25ns。根据事件管理模块产生SPWM的原理，比较单元的比较寄存器里的值不能大于定时器周期寄存器的值。本系统中，载波的频率为20kHz，逆变输出的频率为50Hz，则定时器周期寄存器的值为2000。

(3)定时器计数方式设置为连续增减计数方式。

基准波的产生可以用查表法获得。在实时DSP应用中实现非线性运算，一般可采用适当降低运算精度来提高程序的运算速度。而查表法是实现快速非线性运算最常用的方法，这种方法首先必须根据自变量的范围和精度要求制作一张表格，显然输入的范围越大，精度要求越高，则所需的表格就越大，即存储量也越大。然后编写查表程序，通过输入值来寻找表格中的相应值。

TMS320LF2407A的事件管理模块A(EVA)和事件管理器B(EVB)可以实现PWM的生成，每个事件管理器模块可同时产生多达8路的PWM波形输出。本文用到的是比较单元产生的PWM波形，产生PWM输出的设置步骤如下：

(1)设置和装载ACTRx寄存器；

(2)如果使能死区，则设置和装载DBTCONx寄存器；

(3)设置和装载T1PR或者T3PR寄存器，规定PWM波形的周期； (4)初始化CMPRx寄存器； (5)设置和装载COMCONx寄存器；

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(6)设置和装载T1CON寄存器，来启动比较操作； (7)用新的值重写CMPRx。

图6.3为SPWM生成程序流程图。系统的SPWM波是通过DSP的脉宽调制电路产生的，借助于DSP的T1定时器和比较单元CMPR1来完成，根据产生对称波形的原理，T3工作在连续增/减计数模式，由定时器的周期中断触发A/D转换，A/D转换结束后，触发ADC中断，在中断服务程序中进行A/D结果的读取，对结果进行线性校正、数字滤波、有效值的计算等操作，并实时更新比较单元的值。

图6.3 SPWM生成程序流程图

6.2.3 基于DSP的锁相控制技术

在光伏并网逆变器中，为了实现并网电流和电网电压同频同相，必须使用锁相环技术。本文基于DSP来进行光伏并网控制，所以采用目前较为常用的软件锁相环。软件锁

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