微型光伏并网逆变器研究

【摘要】：光伏并网逆变器是光伏发电系统的核心装置,主要实现最大功率点跟踪控制和并网逆变控制,对并网逆变器的研究有利于提高光伏发电系统的性能。本文以微型光伏并网逆变器为研究对象,对太阳能电池组件的输出特性及最大功率点跟踪、并网逆变控制算法及并网逆变器拓扑进行了深入研究,并在此基础上设计了一种微型光伏并网逆变器。论文首先分析了光伏组件的输出特性,比较了常用的最大功率点跟踪算法,在此基础上设对扰动观测法进行了改进,通过MATLAB仿真证明改进的算法具有更高的跟踪速度。接着论文对常见并网逆变器结构进行了研究分析,确定了一种两级隔离式的微型并网逆变器。该逆变器前级DC-DC采用推挽正激变换器,实现最大功率点跟踪和升压;后级DC-AC采用全桥式逆变器,实现光伏系统的逆变。针对设计的微型光伏并网逆变器拓扑,设计了一种电压外环、电流内环的双闭环控制算法,该控制算法实现输出电流与电网同频同相,通过MATLAB/Simulink验证了算法的可行性。最后对微型并网逆变器的硬件电路和软件进行了设计,给出了各模块的详细设计方案,包括主功率板模块、电源模块、驱动模块、和信号检测模块等；控制器采用DSP芯片,采用C语言编写了控制软件,主要包括前级后级的主程序、A/D采样程序、PWM信号及SPWM信号生成程序等。最后在实验室条件下对所设计的逆变器进行了实验,给出了测试结果。 【关键词】：光伏并网 微型逆变器 最大功率点跟踪 控制策略 DSP
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM615;TM464
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-18
• 1.1 选题的背景及意义11-12
• 1.1.1 能源危机与环境问题11
• 1.1.2 太阳能光伏发电的特点11-12
• 1.2 国内外发展现状12-15
• 1.2.1 光伏并网逆变器的发展现状12-13
• 1.2.2 光伏并网技术的研究现状13-15
• 1.3 光伏发电系统及分类15-16
• 1.4 本文研究的主要内容16-18
• 2 光伏组件输出特性及最大功率点跟踪18-33
• 2.1 光伏组件发电的基本原理18
• 2.2 光伏组件的输出特性18-26
• 2.2.1 光伏组件的数学模型18-20
• 2.2.2 光伏组件的建模20-24
• 2.2.3 光伏组件的输出特性24-26
• 2.3 最大功率点跟踪算法26-29
• 2.3.1 固定电压法26-27
• 2.3.2 电导增量法27-28
• 2.3.3 扰动观测法28-29
• 2.4 改进型扰动观测法的仿真与验证29-33
• 3 微型光伏并网逆变器总体设计33-53
• 3.1 光伏并网逆变器分类33-36
• 3.1.1 按照是否隔离分类33-35
• 3.1.2 按照功率变换级数分类35-36
• 3.2 功率变换器的选型36-43
• 3.2.1 前级DC-DC变压器选型36-41
• 3.2.2 后级DC-AC拓扑选型41-43
• 3.3 光伏并网逆变器控制策略43-53
• 3.3.1 前级DC-DC变换器控制策略44-45
• 3.3.2 后级DC-AC逆变器控制策略45-53
• 4 微型光伏并网逆变器仿真设计53-62
• 4.1 功率变换器的模型及工作原理53-57
• 4.1.1 推挽正激变换器53-56
• 4.1.2 后级DC-AC逆变器56-57
• 4.2 功率电路模型57
• 4.3 控制信号及驱动电路模型57-59
• 4.4 微型光伏并网逆变器整体模型59
• 4.5 仿真结果分析59-62
• 4.5.1 驱动信号仿真结果59-61
• 4.5.2 直流母线仿真结果61
• 4.5.3 交流输出仿真结果61-62
• 5 微型光伏并网逆变器硬件电路设计62-79
• 5.1 主电路板设计62-75
• 5.1.1 前级DC-DC电路设计62-69
• 5.1.2 后级DC-AC逆变器设计69-70
• 5.1.3 检测及保护电路设计70-73
• 5.1.4 驱动电路设计73-75
• 5.2 电源部分设计75-76
• 5.3 控制电路设计76-79
• 6 微型光伏并网逆变器软件设计79-86
• 6.1 系统软件的总体设计79-80
• 6.2 系统软件流程图80-85
• 6.2.1 主程序流程图80-81
• 6.2.2 定时器中断子程序81-82
• 6.2.3 PWM信号的产生82-83
• 6.2.4 PI环控制程序流程图83-84
• 6.2.5 SPWM信号的产生84-85
• 6.3 输出电流与电网电压同步的实现85-86
• 7 实验结果及分析86-92
• 7.1 试验平台86-87
• 7.2 前级DC-DC环节输出波形87-88
• 7.2.1 前级推挽正激电路驱动信号波形87-88
• 7.2.2 直流母线电压波形88
• 7.3 后级DC-AC环节输出波形88-92
• 7.3.1 后级全桥逆变电路驱动信号波形89
• 7.3.3 后级全桥逆变器输出波形89-90
• 7.3.4 过零检测电路波形90-91
• 7.3.5 逆变器输出侧电压及电流波形91-92
• 8 结论92-93
• 参考文献93-97
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果97-101
• 学位论文数据集101

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