基于CCS5.5环境下的光伏三相逆变自动代码生成研究

王晓雷 赵 倩 郭飞亚 杨合恒 柴 欣 李志霞

（中原工学院）

0 引言

传统能源的巨大消费带来了严重的环境污染，为了治理环境污染并实现经济社会的可持续发展，新能源技术日益受到学术界的关注和重视，并形成了强有力的发展趋势。特别是2017年10月底，国家发改委和能源局颁布了《关于开发分布式发电市场化交易试点的通知》（发改能源[2017]1901号），这是国家从电改方面支持分布式发电的一个重要举措，对于分布式光伏具有重大意义。

传统的DSP代码开发方法是依赖于C语言编程，导致了编程工作繁琐，开发效率低下等，而TI公司和Mathworks公司联合推出了开发环境Embedded Target for TI C2000/C5000/C6000 DSP Platform和接口工具MatlabLink for CCS DevelopmentTool，Embedded CoderTM可以生成可读、紧凑和快速的C和C++代码供嵌入式处理器使用[1]。本文采用自动代码生成技术实现光伏三相逆变控制，在Matlab2017a中搭建了仿控一体化模型和自动代码生成平台，不仅可以进行电路系统的仿真模拟，还能直接自动生成C语言代码，直接加载到DSP28335开发板中，对研究的算法和设计能够实现快速验证，对提高开发效率有重要意义。

1 三相离网逆变器的理论研究

1.1 三相离网逆变器控制结构的研究

三相离网逆变器系统采用微控制器TMS320F28335为控制核心，主电路采用一个三相桥式逆变电路，逆变单元控制方法采用 PID电压电流双闭环控制，光电隔离模块、驱动模块，LC滤波模块，检测模块、信号调理模块及Y形连接负载模块组成。使用DSP28335自带的ADC和PWM波生成模块，使输出电压稳定。三相离网逆变器系统总体框图如图1所示。

图1 系统总体框图

如图1所示，在逆变回路中，设置两个检测点，分别为三相全桥逆变后的电流检测设为Iabc，负载端的电压检测设为Uabc，用于把交流量通过空间坐标变换转化为直流量，此处，采用两个电流霍尔和两个电压霍尔分别采S集a相和b相的电流和电压，c相可以由三相相差120°求得。主电路三相逆变桥电路结构图如图2所示，为提高开关频率且需要控制开关损耗，采用的是MOSFET管，MOSFET相较于IGBT使用在低压功率中，耐压等级在 1000V以下，满足实验要求且开关速度快。

图2 三相逆变桥电路结构图

1.2 光伏升压模块仿真搭建

为实现Matlab2017a/Simulink所搭建的光伏升压模块如图3所示，它是以光伏电池单二极管等效电路模型。利用Boost电路原理[3]，使电压升至60V，实现逆变器直流侧电压平稳输出。本仿真使用的MPPT算法是扰动观察法，在硬件实验平台上，简单以直流稳压电源代替。

图3 光伏升压模块部分仿真

2 基于Matalab仿真搭建

利用 Matlab搭建的光伏三相逆变仿真模型如图4所示。

图4 Matlab搭建的光伏三相逆变仿真模型

在 Matlab/Simulink中搭建光伏三相逆变器的仿控模型[2]，主要分为两大部分，电气仿真模快和代码生成模块。电气仿真部分的功能主要是对主电路的实际硬件模型参数进行配置；代码生成模块主要是控制器中执行的控制算法和控制DSP28335的输入输出参数的变换。电气模型包括光伏升压部分，主要利用Boost电路使电压升到60V，直流侧电压检测模块，坐标转换模块，控制部分由外环电压控制模块和内环电流控制模块组成，通过检测直流侧电压的输出与给定电压的比较，得到误差信号经过电压外环PI控制器得到电流内环的给定值，与电感电流做比较，得到误差信号再经过电流内环PI控制器后与三角波比较产生占空比来控制逆变电路的开通和关断。和单电压环相比，增加电流内环，能够增加系统的带宽、系统反应速度、系统抗干扰能力、稳定性、调节时间，更具有优越性。利用双环 PID控制器可以对直流母线电压的实际值与参考值的偏差进行快速跟踪控制，也可以使系统的输出电流不断跟随参考电流及时变化。

双环PID控制拓扑结构用到了Embedded Target库中的PID控制模块。可以通过设置PID控制器的比例、积分、微分项，使PID控制器能够快速跟踪。

3 自动代码生成设计

一般在搭建硬件系统之前，需要使用 Matlab搭建仿真以验证算法及系统的可行性和控制效果。虽然对硬件系统调试时，使用 C语言程序能实时查看和调整参数会方便的多，而使用Matlab克服了C语言调试时间长等缺点[4]。

4 硬件实验结果分析

通过分析光伏三相离网逆变器的系统，搭建了基于自动代码生成系统的仿真，并下载到DSP28335中。图 5为本系统的硬件实验平台，实验平台采用DSP28335、直流电压源为60V，滤波电感L为3mH，滤波电容C为10μF，负载电阻为14Ω。硬件实验结果证明，利用自动代码生成技术搭建的光伏三相离网逆变器，能够实现逆变负载侧三相输出，输出较稳定。图6为负载侧三相逆变输出电压。该方法不仅简单、易于理解，同时能够快速调试硬件平台，缩短了开发周期，提高了系统的可移植性。

图5 三相离网逆变硬件平台

图6 硬件平台负载测输出波形

[1] 章丽红. 基于重复和 PI控制的光伏离网逆变器的研究[J]. 电力电子技术, 2012(3)： 33-35.

[2] A G Y, F D F, et al. High—Performance Digital Resonant Controllers Implemented With Two Integrators[J]. IEEE Trans. Power Electron, 2011, 26(2)：563-576.

[3] 王兆安, 黄俊. 电力电子技术[M]. 4版. 北京： 机械工业出版社, 2006.

[4] 王晓雷, 张立功, 吴锋, 等. 基于代码生成系统的离网逆变器实时控制[J]. 电气制造, 2013(6)： 72-75.