10kVA光伏并网逆变器调试心得

光伏并网逆变器的产品主要有三种类型：300W以下的微型逆变器（主要是美国市场），1~20kVA的组串型逆变器（总体来说，1-6kVA是单相机，6~20kVA是三相机，主要是欧洲市场），30kVA以上的电站型逆变器（国内市场的主要产品，国外市场也有）。
最近在做10kVA光伏并网逆变器的项目，6kVA~20kVA的非隔离型三相并网逆变器，即组串型并网逆变器，主要是面向欧洲市场。拓扑前级两路Boost变换器，后级T型三电平逆变器，调制方式为spwm，单L滤波器。双DSP控制，都是TI28系列的dsp。
母线电压800V，三相四线输出，电网电压176V~265V/50Hz,前级Boost MPPT范围270V-700V,前后级开关频率都是16k，选用威科泰克Vincotech IGBT Module。电感采用CSC的铁硅铝磁芯。
陆续将调试中遇到的问题及解决方案分享给大家。
首先说明一下：PI参数均是通过环路设计后，实验中 略微调试得到的。
本人能力有限，如有错误请您不吝指教！谢谢！

逆变器拓扑资料： T型三电平.pdf

三电平逆变1字型和T字型电路的比较.pdf
环路设计参数文档：
建模1.rar


1、波形出现如下状况：


绿色为电流波形，蓝色为电网电压，红色为驱动，电流波形中含有明显的3次，5次，7次等谐波，这是由于电流环路低频增益不够造成的，而且带宽太低， 对电网背景谐波抑制能力不足；


T（s）是开环传递函数，低频增益不够高时，会从两个方面对进网电流质量产生影响：1）低频增益不够高，对电流参考的跟踪能力不足，造成电流的正弦度不够，同时稳态误差过大；2）低频增益不够，对电网背景谐波的干扰抑制能力不足，造成进网电流中含有明显的低次谐波。带宽太低时（相当于滤波电感较大），对开关频率次的谐波衰减较大，因此电流波形中开关频率次谐波含量很少；带宽太高时(相当于滤波电感较小)，对开关频率次的谐波衰减不足，电流波形中会含有较多的开关频率次谐波，这也是母线电压升高（带宽增加）时，进网电流中高频谐波含量增加的原因。



根据上图看出设计出的PI参数满足要求，但这是模拟控制器的参数，需要将其离散化为数字控制器参数才能使用，由于大家的PID算法不同，离散化方法也不同，此处不作详述了。
参数调整后实验波形如下，可见电流波形很干净，正弦度很好：

2、启动电流冲击
绿色为电流波形，黄色为并网信号；
原因：1、参数调试不好；2、在并网之前，电流反馈由于运放零飘等问题会有一个较小的值，理论上应该完全为0，这样就造成在并网启动之前所算出的占空比是错误的，造成并网瞬间冲击电流过大；
修改方法：在并网之前，强制电流反馈值为0，同时调整参数：



3、调试C相的过程中，波形中出现超低频（小于50Hz，几个工频周期波动一次）的谐波
绿色为电流波形；
原因：这是由于程序造成的。AD中断是由EPWM1计数器的周期匹配事件启动的，EPWM1的周期寄存器在只调试C相的时候是不会随着C相电压的频率改变而改变的，而C相的周期寄存器EPWM5和EPWM6是不断改变的，这样EPWM1和EPWM56周期寄存器之间就有一个差值，随着时间的积累，就会AD中断不是在C相载波的峰值处启动，而是在其他地方启动，这样就会引入一个低频的扰动。
修改方法：由于三相电网电压的频率是一致的，因此调频的时候可以用同一个频率写入三相的载波周期寄存器，这样三相的载波就是同步的载波，启动中断的时间也就是在同一时刻。

4、并网三相同时启动的问题
描述：在最初单相并网时，启动前是通过DSP输出端的三态缓冲器451的使能端将所有驱动信号封锁的，并网时，在电网电压过零点开启451芯片的使能信号，给出三相的驱动信号，但是这样只能保证一相在过零点启动，另外两项在120度，240度处启动，因为并网前算出的占空比较大，电流冲击会比较大。
修改方法：为了保证三相都在过零点启动，应该将三相驱动的封锁信号分离开来，使用28335的错误控制信号即可。
5、电流波形出现中频谐波
绿色为电流波形，蓝色为电网电压；原因：这种谐波是由于采样调理电路中，电流在进入电压跟随器前有一个RC滤波，当时所取R=100，C=100n，截止频率为100kHz，这样会对中频增益有所影响。
修改方法：取C=10n即可。 这个问题和第8个问题是一样的，减小电流环的积分系数，对电流波形也有改善。我一直没有想通这个问题，积分环节只会对稳态误差和动态性能有影响，不知为何会引入这种振荡，求指点。

6、相位差问题
绿色为电流波形，蓝色为电网电压
相位差由三部分引起：1、计算延时，从捕捉到锁相信号到计算占空比之间的计算延时；2、PI调节器引起的稳态误差；3、电网电压带来的相位差

7、三相联调时锁相干扰问题
描述：三相联调时，发现B相电流波形中出现低频纹波，图中绿色波形为B相电流波形，
红色为B相电压波形，可以看到B相锁相不正确，第四张图中黄色波形为程序中在IO口设置一锁相捕获信号，可以看到该捕获信号受到了极大的干扰。第五张图为B相电压经过零比较器的方波信号，低电平处有很多的噪声干扰，dsp捕获单元捕获这些噪声后，计算出的频率域电网电压频率相去甚远，程序将其舍弃，认为未捕捉电网电压过零点，造成锁相失败。
解决方案：加大捕获信号进入捕获口的滤波电容，原来是1nF，后来改成22nF，10nF，B相甚至采用了RC滤波，R=100，C=10nF。效果如第六张图所示。











8、功率加至85%时，电流波形出现振荡。减小kp和ki后，波形有所改善。原因不明，尚待分析。

最终并网三相电流波形如下：