最近看了論壇的發(fā)帖獎(jiǎng)勵(lì)，安耐不住內(nèi)心想拿獎(jiǎng)品的沖動(dòng)；不管丟不丟臉了，只求各位看官，噴清點(diǎn)?。?！
主要內(nèi)容只要分兩大塊：
一、硬件參數(shù)設(shè)計(jì)：
1、MPPT以及INV電路設(shè)計(jì)；
2、結(jié)緣阻抗檢測(cè)電路設(shè)計(jì)；
3、GFCI漏電流檢測(cè)電路設(shè)計(jì)；
二、軟件系統(tǒng)搭建；
1、MPPT軟件算法實(shí)現(xiàn)；
2、并網(wǎng)鎖相算法實(shí)現(xiàn)；
3、MPPT追蹤并網(wǎng)算法實(shí)現(xiàn)；
4、防孤島算法檢測(cè)實(shí)現(xiàn)；
逆變器參數(shù)需求如下：
1、MPPT以及INV電路設(shè)計(jì)
直流側(cè)：單路MPPT輸入范圍為120-500V,最大支流輸入為12A；
我們直接選取BOOST拓?fù)渥鳛镸PPT電路；
交流側(cè)：并網(wǎng)電壓為220V，最大輸出功率3KW，最大交流輸出電壓15A；
我們直接選取H4拓?fù)渥鳛镮NV電路；
整體電路框架如下圖：
參數(shù)計(jì)算：BOOST跟INV開關(guān)管頻率設(shè)計(jì)為20KHz，BUS母線最低電壓350V
BOOST電感計(jì)算如下：
INV電感計(jì)算如下：
開關(guān)管選型：BOOST管跟H4開關(guān)開關(guān)管都用同一型號(hào)的IGBT管子：FGA40N65SMD
BOOST續(xù)流二極管：APT30DQ60BG
2、結(jié)緣阻抗檢測(cè)電路設(shè)計(jì)；
光伏逆變器結(jié)緣阻抗檢測(cè)其實(shí)檢測(cè)的是PV+和PV-對(duì)大地的阻抗，模型如下
如何去求解，兩個(gè)未知變量RX1和RX2呢？
學(xué)過數(shù)學(xué)多元方程，我們知道兩個(gè)未知量，要有兩個(gè)狀態(tài)方程來求解：
我們通過一個(gè)繼電器，通過繼電器的斷開和吸合，我們就可以得到兩條狀態(tài)方程：
通過上面的數(shù)學(xué)推算可以計(jì)算出PV+和PV-對(duì)大地的結(jié)緣阻抗RX1和RX2，通過判斷RX1和RX2的阻值大小就可以判斷出PV+和PV-對(duì)大地形成短路；
3、GFCI漏電流檢測(cè)電路設(shè)計(jì)；
漏電流檢測(cè)，當(dāng)逆變器機(jī)殼沒有可靠接地的時(shí)候，人體觸摸到逆變器這時(shí)候跟大地構(gòu)成回路，會(huì)對(duì)人造成觸電現(xiàn)象，為了保護(hù)人身安全，逆變器必須具備能夠檢測(cè)到漏電流的能力，主動(dòng)脫離電網(wǎng)，保證人體安全；
漏電流模型如下：
怎樣去檢測(cè)漏電流呢?原理很簡單，正常不漏電情況下，L跟N線之間的電流矢量和為零；漏電情況下，L跟N線之間的電流矢量和不為零；
下面分享一份關(guān)于GFCI（漏電流檢測(cè)裝置）的分析文檔：
二、軟件系統(tǒng)搭建；
1、MPPT軟件算法實(shí)現(xiàn)；
對(duì)于3KW的逆變器前級(jí)一般用的是Boost拓?fù)?，BOOST是最基本的升壓拓?fù)?，具體工作原理就不在贅述；
比較常見的用法都是控制BOOST的輸出電壓；如下圖：
但是對(duì)于光伏應(yīng)用來說，由于光伏面板的電壓是動(dòng)態(tài)的曲線，要找最大的功率點(diǎn)必須要控制住面板的電壓（也就是BOOST的輸入電壓）；
我們對(duì)此提出疑問，BOOST電路能否穩(wěn)住輸入側(cè)的電壓？？？
答案是肯定的我們下面進(jìn)行驗(yàn)證，先搭下控制環(huán)路，如圖一：
根據(jù)控制環(huán)路搭建仿真模型，如圖二：
仿真結(jié)果如圖（輸入電壓被控制在給定電壓70V）：
上面我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了BOOST控制輸入電壓，那怎么去尋找光伏面板的最大功率點(diǎn)呢？
我們做這樣的假設(shè)，先給定電壓Uref=Uo，然后計(jì)算光伏面板的功率P1；接著給定電壓Uref=Uo+△U，然后計(jì)算光伏面板的功率P2；接著給定電壓Uref=Uo-△U，然后計(jì)算光伏面板的功率P3；通過比較P1、P2、P3，找出最大的功率點(diǎn)，然后將給定值Uref=Upmax；如此反復(fù)循環(huán)最終是否就能找到了光伏面板的最大功率點(diǎn)呢？
下面通過仿真驗(yàn)證：系統(tǒng)仿真如下圖：
光伏面板參數(shù)設(shè)置如下：
MPPT仿真波形如下：（通過仿真可以看出BOOST已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了MPPT功能）
二、軟件系統(tǒng)搭建；
2、并網(wǎng)鎖相算法實(shí)現(xiàn)；
為什么并網(wǎng)逆變器要鎖相？這是一個(gè)比較重要的一個(gè)問題；首先我們的光伏并網(wǎng)逆變器，主要作用是最大效率的將太陽能轉(zhuǎn)化為電能并輸送到電網(wǎng)上；但是由于我們的電網(wǎng)類似等效于一個(gè)50Hz的交流電壓源，這樣就決定了我們的光伏逆變器必須是控制電流輸出的（因?yàn)槿绻覀兊哪孀兤饕彩请妷狠敵?，兩個(gè)電壓源是不能并聯(lián)的）；為了將我們的電能100%輸送給電網(wǎng)，那我們逆變器的電流角度就必須要跟市電的角度一樣，這樣才能保證輸送給電網(wǎng)的電能100% 是有功功率；
知道了為什么要鎖相，那接下來的問題是怎么去鎖相？要實(shí)現(xiàn)鎖相就必須得到關(guān)于市電的一對(duì)正交因子；
我們假設(shè)市電Va=Vmax*sin（100π*t）；要實(shí)現(xiàn)鎖相就要設(shè)法得到一個(gè)跟Va正交的要個(gè)信號(hào)
Vb=Vmax*sin（100π*t-90°）=Vmax*cos(100π*t)；我們?cè)谶M(jìn)一步推算，如果這兩個(gè)正交因子進(jìn)行向量積和×乘，是不是可以得出一個(gè)固定的值；也就是Park變換；
Ud（Θ-Θ0）=cos(Θ-Θ0)*Vmax（Θ-Θ0）+sin(Θ-Θ0)*Vmax（Θ-Θ0-90°）;
Uq（Θ-Θ0）=-sin(Θ-Θ0)*Vmax（Θ-Θ0）+cos(Θ-Θ0)*Vmax（Θ-Θ0-90°）;
在進(jìn)一步分析，如果對(duì)Uq進(jìn)行PI控制，使得Uq=0；那么Θ=Θ0 ，系統(tǒng)角度是不是就被時(shí)刻跟蹤住了；
也就是要實(shí)現(xiàn)鎖相，最主要的就是如何通過對(duì)市電采樣，然后分離出一對(duì)正交因子；下面我們主要介紹三種方法去求解正交因子：（下面的計(jì)算都是基于DSP采樣頻率為20KHz的計(jì)算）
方法一（求導(dǎo)法）；
假設(shè)我們市電的信號(hào)是A（t）=310*（sin（100π*t））
那對(duì)應(yīng)的正交因子應(yīng)該是B（t）=310*（cos（100π*t））
在實(shí)際DSP采樣中我們是不知道我們的信號(hào)實(shí)際是怎樣的，只能知道輸入信號(hào)是一個(gè)正弦信號(hào)；
但是我們知道一個(gè)正玄信號(hào)求導(dǎo)剛好變成一個(gè)余弦信號(hào)，這正好就是我們要求得正交因子呀；
我們知道對(duì)A函數(shù)的求導(dǎo)A`(t)=[A(t+△t)-A(t)]/△t
這時(shí)候我們直接看A(t)=310*(sin(100π*t))----->A`(t)=310*100π*（cos（100π*t））
也就是我們所要求的B（t）=A`(t)/100π；
明白這里，在回去看代碼
U[2]=[A(t+△t)-A(t)]，△t=1/20000， B(t)=Ube=[A(t+△t)-A(t)]/△t/100π=63.694*U[2];
考慮這樣計(jì)算出來的B(t)是滯后于A(t)一個(gè)采樣周期的，
所以加了補(bǔ)償B(t)=63.694*（U[2]*05+U[3]*0.5）（具體補(bǔ)償效果根據(jù)實(shí)際修改參數(shù)）;
方法二（數(shù)組移項(xiàng)法）：
我們定義另個(gè)數(shù)組Ua[400],Ub[400], 然后將數(shù)組Ua、Ub對(duì)市電一個(gè)周期進(jìn)行采樣存儲(chǔ)，接著我們對(duì)數(shù)組Ub進(jìn)行右移100的數(shù)據(jù)點(diǎn)，這時(shí)候也實(shí)現(xiàn)了一市電的一組正交因子；如下圖：
方法三（廣義積分法）：
廣義積分法也就是經(jīng)常論文看到的SOGI算法；說白了就是設(shè)計(jì)兩個(gè)傳遞函數(shù)，這兩個(gè)傳遞函數(shù)分別對(duì)我們的輸入信號(hào)也就是市電的采樣信息，進(jìn)行運(yùn)算，得到兩個(gè)正交信號(hào)；
下面通過搭建三種求正交因子的仿真如下：
仿真數(shù)據(jù)如下：（三種方法都能準(zhǔn)確鎖相）
到此為止，我們鎖相已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了；
二、軟件系統(tǒng)搭建；
3、MPPT追蹤并網(wǎng)算法實(shí)現(xiàn)；
前面已經(jīng)講過MPPT功能以及實(shí)現(xiàn)了市電的鎖相了，接下來就是如何將前級(jí)MPPT跟后級(jí)逆變串聯(lián)起來：
如上圖：就是整個(gè)光伏逆變器的系統(tǒng)；前級(jí)BOOST通過MPPT功能將最大的太陽能能量輸送給中間母線，而后級(jí)逆變則是在母線上獲取能量輸送到電網(wǎng)上；那這樣如果我后級(jí)逆變的主要功能是穩(wěn)住母線，這樣的話前級(jí)BOOST輸送的能量通過母線就跟后級(jí)逆變串聯(lián)起來了，而且實(shí)現(xiàn)了能量的平衡，前級(jí)往母線輸送多少能量，后級(jí)逆變就從母線上吸收多少能量；
系統(tǒng)仿真波形如下：
二、軟件系統(tǒng)搭建；
4、防孤島算法檢測(cè)實(shí)現(xiàn)；
隨著分布式發(fā)電的迅速發(fā)展，越來越多的太陽能被轉(zhuǎn)化為電能并通過并網(wǎng)逆變器輸送到電網(wǎng)，對(duì)電網(wǎng)的安全與穩(wěn)定運(yùn)行提出了挑戰(zhàn) ，隨之而來的一個(gè)必須要解決的問題就是并網(wǎng)逆變器的孤島檢測(cè)。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的孤島效應(yīng)是指當(dāng)電網(wǎng)停止供電時(shí)，由于光伏電站未能及時(shí)檢測(cè)出電網(wǎng)狀態(tài)的變化而未能將自身切離電網(wǎng)，和周圍負(fù)載形成一個(gè)電網(wǎng)無法掌控的孤立供電區(qū)域 。孤島效應(yīng)可能會(huì)對(duì)電路檢修人員和用電設(shè)備造成嚴(yán)重危害，所以研究孤島檢測(cè)具有重要的意義。
正常逆變器的鎖相環(huán)如下：
為什么加入角度正反饋，就能識(shí)別出孤島效應(yīng)呢？
在正常并網(wǎng)的情況下，由于電網(wǎng)是個(gè)電壓源，我們往電網(wǎng)注入電流，并不會(huì)改變電網(wǎng)的相位，所以由市電鎖相出來的角速度一直是一個(gè)固定的值；所以正常并網(wǎng)情況下，由于加入了角度正反饋，注入電網(wǎng)的電流其實(shí)是跟市電有一個(gè)微小的相位差的，如下圖：
在孤島情況下，鎖相環(huán)輸入的電壓，不再是一個(gè)電壓源了，這時(shí)候這個(gè)輸入電壓跟我們注入的電流息息相關(guān)，也就是如果我們的注入電流頻率越來越大，鎖相環(huán)出來的角速度也是越來越大，這樣的話，我們通過判斷鎖相環(huán)出來的角速度，就能夠識(shí)別出孤島效應(yīng)了；
下面通過搭建仿真驗(yàn)證算法可行性：
不加角度擾動(dòng)，仿真波形如下：逆變器脫離電網(wǎng)后，繼續(xù)一直在正常工作；
加入角度擾動(dòng)后，逆變器迅速識(shí)別到孤島效應(yīng)，關(guān)閉逆變器：
知道了為什么要鎖相，那接下來的問題是怎么去鎖相？要實(shí)現(xiàn)鎖相就必須得到關(guān)于市電的一對(duì)正交因子；
我們假設(shè)市電Va=Vmax*sin（100π*t）；要實(shí)現(xiàn)鎖相就要設(shè)法得到一個(gè)跟Va正交的要個(gè)信號(hào)
請(qǐng)教一下，為什么要得到這個(gè)正交信號(hào)
