本文介绍了一种基于DSP的快速控制策略即无差别控制各逆变器模块，并通过CAN总线进行各模块间通讯，实现各模块并联发电。实验结果证明，该方法能保证各模块等幅、等相、同频，具有良好的动态特性和稳态输出。
1 引言
目前，光伏发电系统分为独立太阳能光伏发电系统和并网太阳能光伏发电系统。独立太阳能光伏发电是指太阳能光伏发电不与电网连接的发电方式，其特征为需要蓄电池来存储夜晚用电的能量。光伏并网发电系统将太阳能发电传输给电网，要比独立发电系统造价低，输出电能稳定，具有广阔的发展前景。
但是，在多个逆变器的并联运行控制中，不仅需要对每个逆变器的运行参数（如输入电压、中间变量、输出电压和电流等）进行大量的数据采集和实时处理，还要在各逆变器之间进行数据通讯和相应的处理，因而对控制器提出了比较高的性能要求。本文应用具有高速、强大的数据处理能力、丰富的内部资源和方便灵活的外部接口的数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）作为控制器，采用无差别控制各逆变器模块，可以适时调整输出脉宽，来控制电压、电流输出。
2 系统的控制原理
2.1 逆变器模块控制
图1 逆变器模块控制原理
光伏并网发电系统是由光伏器件、多个逆变器模块构成的。每个模块控制原理如图1所示，其主要控制策略采用无差别控制。无差别控制是一种数字化PWM控制策略，由处理器控制逆变器的开通和关断，以便输出电压准确的跟踪参考正弦波。它具有很好的动态特性、非常快的暂态响应，因此非常适用于并网发电系统[1]。无差别控制策略基本思想是在每个采样间隔发出控制量，控制量是根据当前时刻的状态向量和下一个采样时刻的参考正弦值计算出来的，在下一个采样周期内修正由负载扰动或非线性负载引起的输出电压偏差。逆变器脉宽的计算是假设参考电压电流已知，由逆变器、LC滤波器和负载组成系统状态方程，它的运动状态表达式为：
（1） 如果输入u 在0≤τ≤t内为常数，则
（2） 当t0≤t≤t1内时，u=0，在t=t1时刻，
（3） 当t1≤t≤t2时，u=E，在t=t2时刻，
（4） 当t2≤t≤t3时，u=0，在t=t3时刻，
（5） 若t0=kT , t3=(k+1)T 则，
x(k+1)T=eATx(kT)+eAT/2BE△T （6）
根据以上公式推导得：
（7） 由（7）式表明系统在第k+1个采样时刻的输出是第k个采样时刻的U0(k) 、Uc(k) 和△T (k) 的线性函数。反之，若要输出电压Uc(k+1)无差拍的跟踪参考电压Uref(k+1)，则用Uref(k+1)取代式中的Uc(k+1)，可得无差别控制算法的脉宽公式（8），通过改变△T也就是改变占空比，得到下一个时刻的占空比参数，从而实现无差别控制[2]。
（8）2.2 并网控制原理
逆变器并网运行是多个逆变器组成的系统一起上电运行参见图2。首先进行同步控制，此同步信号是一个与输出母线上的交流输出电压同相位的方波信号。如果发现了同步信号，则DSP控制器按照该同步信号规定的时序，向逆变器中的DC/DC变换器发出相应相位的基准半正弦波信号，控制逆变器的运行时序。在各逆变器之间通过竞争机制产生主模块，即早发出同步信号的逆变器将成为主模块。它发出的同步信号将成为各逆变器运行的时序依据。这样就形成了一种各个逆变器的软、硬件完全一样，因而彼此平等，而多个逆变器并联运行时又会形成主、从分别的“改进的主从并联运行控制策略”。在此基础上，应用粗调与精调相结合的方法，实现了各并联运行逆变器之间的理想的同步效果[3]。如果没有发生过流，则将本模块的电压、电流等运行参数通过CAN总线发送出去，供其它模块接收。然后延时等待，以便从CAN总线上接收其它模块的运行参数。通过合理的设置，DSP内嵌的CAN模块能够保证这些数据的可靠传输。
图2 逆变器摸块并联控制原理
3 逆变器模块硬件组成
在图3中，逆变器先由BOOST升压电路控制直流电压的输出，控制Q1的开关，使系统的电流和电压保持同相位，使系统达到最大的功率输出，其频率和幅值与电网相符，通过变压器升压达到市电要求。Q1、Q2、Q3、Q4、Q5必须加阻容吸收。Q2、Q3、Q4、Q5采用无差别控制其开关，滤波器选择合适的截止频率[4][5]。
图3 逆变器模块硬件组成图
4 实验结果
我们用两台逆变器组成并联运行系统，对阻性负载进行了并机调试和实验：
（1）公共负载为阻性负载时，两台逆变电源的输出电压波形如图4、图5所示。
（1）公共负载为阻性负载时，两台逆变电源的输出电压波形如图4、图5所示。
图4 逆变器模块输出电压波形图
图5 逆变器并网后输出波形
从上面的实验结果可以看出：本光伏并网系统可以较好地实现功率均分。输出波形畸变率小，采用TMS320f2812 DSP处理器可使各模块间的同步误差小于0.02°，同步效果非常好。系统内的环流影响较小，完全能保证发电系统的输出电能质量。
5 总结
在光伏并网发电系统中，各逆变器模块应该保持严格的同频，同相，等幅。模块控制采用无差别控制策略，通过CAN总线与各模块进行通讯，采用DSP高速处理芯片，进行适时调整输出脉宽，来控制电压、电流输出。实验结果证明，该方法具有良好的稳态性能和动态响应，以及抗干扰能力强，输出电压稳定。
参考文献
[1] T Tafticht，K Agbossou，DC Bus Control of Variable Speed Wind Turbine Using a Buck_Boost Converter[A].IEEE Power Engineering Scociety Annual Conference. 2004，1242-1249.
[2] Hua C，Hoft R G. High Performance Deadbeat Controlled PWM Inverter using a Current Source Compensator and Nonlinear loads [A].23rd Annual IEEE Power Electronics Specialists Conference，1996[c].443-4501
[3] Y Higuchi，N Yamamura，M Ishida，et al. An Improvement of Performance for Samall-Scaled Wind Power Generating System with Permanent Magnet Type Sybchronous Generator [A].IEEE Industial Electronics Socity General Meeting[C].2006：1-5
[4] 肖岚. 基于主从控制的逆变器并联系统的研究[J]. 东南大学学报，2002，32（1）：133-13
[5] 苏奎峰等. TMS320F2812原理与开发[M]. 电子工业出版社，2006
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