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使用 Solar Explorer 套件的带 MPPT 功能的光伏逆变器

此示例使用:

打开模型

本示例展示了如何使用 C2000™ Microcontroller Blockset 实现光伏 (PV) 逆变器系统。该示例使用 Texas Instruments太阳能探索套件以及 Texas Instruments F28035 控制卡。

通过这个示例，您可以：

  • 仿真光伏逆变器系统的工厂模型

  • 测试性能并调节控制算法

  • 为控制器生成代码并将其加载到 ControlCARD 上

  • 使用主机监控信号和调节参数

所需硬件

  • Texas Instruments Solar Explorer Kit (TMDSSOLAR(P/C)EXPKIT)

  • F28035 controlCARD

可用模型

仿真最大功率点跟踪 (MPPT) 的光伏逆变器

仿真模型由被控对象模型和控制器组成。该植物模型由三个主要部分组成：

  • 模拟光伏面板：该模块以辐照度值（单位为 kW/m2）作为输入，并仿真 Texas Instruments太阳能探索套件上实现的 PV 仿真器。

  • DC-DC 升压转换器：该模块根据 PWM 脉冲的占空比提升输入电压。

  • 单相 DC-AC 逆变器：该模块采用 H 桥拓扑结构生成单相交流电压波形。输出端可以连接交流负载。

仿真模型中的控制器包括：

  • 最大功率点跟踪 (MPPT)

  • DC-DC 升压控制器

  • DC-AC 逆变器控制器

为了使太阳能电池板高效节能，电池板必须在其最大功率点运行。然而，由于光伏电池的非线性特性以及温度和光照强度的变化，最大功率点并不是固定的。扰动观察 (P&O) 算法采用 Stateflow® 图表来计算最大功率点运行所需的参考电压。参考电压是通过直流-直流升压控制器实现的。DC-DC 升压控制器采用 PI 控制器来跟踪 MPPT 算法设定的参考电压。为了跟踪参考电压，需要测量光伏面板电压 (Vpv)。

DC-DC 升压转换器是一种传统的单相转换器，带有单个开关 MOSFET，Q1。驱动 Q1 的 PWM 输出的占空比决定了对受控参数施加的升压量。

DC-DC 升压控制器采用 PI 控制器实现。升压转换器占空比的增加会给太阳能电池板增加负载，导致电池板输出电压下降。因此，控制器输出（升压转换器的占空比）的增加会导致控制器的误差输入增加。为了达到参考电压值，PI 控制器的反馈输入和电压参考输入被反转。控制器以 50 kHz 的频率运行。

DC-DC 升压转换器的输出电压不受 DC-DC 升压控制器的控制。然而，升压转换器的输出电压由直流-交流逆变器控制器调节，该控制器调节直流-交流逆变器消耗的电流，以保持该电压稳定。直流-交流逆变器控制器采用嵌套控制回路 - 外层电压回路和内层电流回路。

电压回路为电流回路提供参考电压。电流增加会给直流母线带来负载，从而导致直流母线电压下降。为了达到参考电压值，反馈电压和外部电压补偿器参考电压被反转。然后将当前参考值乘以正弦参考值，得到瞬时参考电流。然后，电流补偿器利用瞬时电流参考值和反馈电流为直流-交流逆变器提供占空比。占空比采用单极性正弦脉宽调制技术计算。

可以通过改变光伏仿真器的输入参数，来运行不同辐照度值的仿真。可以通过调节控制器参数来获得更佳的性能。

为控制器生成代码并将其加载到 ControlCARD 上

该部署模型由三个实时中断服务例程 (ISR) 组成，用于：

  • DC-DC 升压转换器 (50 kHz) 的闭环控制

  • 直流-交流逆变器 (20 kHz) 的闭环控制

  • 设置用户从主机模型发送的辐照度值

F28035 处理器通过串行通信接口 (SCI) 接收辐照度值，并通过串行外设接口 (SPI) 通信将其发送到 F28027 处理器（太阳能探索套件上的光伏模拟器）。F28027 处理器已预先配置为接收来自 F28035 处理器的更新辐照度值。

使用主机监控信号和调节参数

主机模型接收来自套件的数据并将其绘制出来，以验证 MPPT 和控制算法的性能。

监控信号

模型运行时，您可以在示波器上监控实际面板功率信号。实际面板功率是光伏模拟器提供的实时功率。

调节参数

模型运行时，您可以使用仪表板模块调节参数：

  • 辐照度 - 提供给光伏模拟器的辐照度值（单位为 kW/m2）。

  • 手动光伏电压参考值 - 用于手动设置光伏模拟器工作点的值。当拨动开关设置为手动 Vref 选项时，将使用此值。拨动开关即可关闭 MPPT 算法，并允许您选择光伏模拟器的工作电压。该值必须小于或等于面板在设定辐照度下的开路电压，即 Vref_cmd <= Irradiance (in kW/m2) * 28。

有关详细信息