三相光伏逆变器的研制

【摘要】：随着社会经济的高速发展，人类对电力的需求日益增大，而能源紧缺与环境污染问题日益加重，促进了人类对可再生能源发电技术的研究。太阳能取之不尽，用之不竭，绿色环保，发展前景巨大，因此光伏发电成为近年来研究的热点。本文以三相光伏逆变器为研究对象，从工程实现的角度出发，深入研究了三相光伏并网逆变器的拓扑结构、主电路工作原理和参数设计、并网控制方法和基于DSP控制系统的硬件软件设计，并在此基础上研制开发了一套三相光伏并网逆变器样机。 本文首先分析了光伏并网逆变器系统的主电路结构。在对比分析了几种常用的三相光伏逆变器主电路原理及特性的基础上，确定了三相光伏并网逆变器系统的主电路采用单级式非隔离型的拓扑结构。并详细分析讨论了直流侧电容、逆变器输出滤波电感等主电路元器件参数的设计方法。 在确定了系统主电路方案后，本文提出了一种直流侧电压外环、逆变器输出电流内环的双闭环控制策略。通过对逆变器输出电流内环建立内环电气模型，并运用理论分析与仿真验证，对比分析了电流内环分别采用PI控制和无差拍控制时逆变器输出性能的差异，最终本文逆变器输出电流内环确定采用无差拍控制的方法。然后对比分析了目前常用的几种最大功率跟踪算法，综合考虑各种算法的优缺点，从装置实现的角度出发，提出了一种改进的变步长扰动观测法作为本文的最大功率跟踪算法。最后，通过对比分析确定了一种被动电压/频率检测法的孤岛检测方案，并给出了详细的软件实现流程。 控制器系统硬件软件设计与实现是本文研究的重点之一。文中首先就主要硬件电路，包括外围采样电路、过零捕获电路、保护电路、串口通信电路等设计方法作了详细介绍，并给出了主要检测元件参数的设计方法。然后设计了主程序、中断程序、串口通信程序等软件的详细流程。 最后本文用PSIM软件搭建了三相光伏逆变器的仿真模型，对其性能进行了仿真验证。根据前文的设计，在实验室研制了一台三相光伏并网逆变器样机，并对其并网性能进行了实验测试，验证了本文所设计电路结构及控制算法的合理性。 本文研究设计内容可以为各功率等级光伏逆变并网技术提供借鉴与参考。 【关键词】：光伏发电 逆变器 DSP 并网控制 MPPT 孤岛检测
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 光伏发电的背景及意义10-12
• 1.2 国内外光伏发电的发展现状12-16
• 1.3 光伏发电系统概述16-19
• 1.4 本文的主要工作19-20
• 第2章 三相光伏逆变器主电路的研究与设计20-31
• 2.1 主电路结构与工作原理20-22
• 2.2 主电路器件的选取22-30
• 2.2.1 直流侧电容参数设计22
• 2.2.2 并网电抗器的设计22-25
• 2.2.3 功率器件的选取25-27
• 2.2.4 驱动器件的选取27-30
• 2.3 本章小结30-31
• 第3章 三相光伏逆变器控制策略研究31-53
• 3.1 DC/AC 变换器的变流控制策略31-42
• 3.1.1 电流内环电气模型32-33
• 3.1.2 电流内环 PI 控制33-38
• 3.1.3 电流内环无差拍控制38-41
• 3.1.4 电流内环 PI 控制与无差拍控制对比分析41-42
• 3.2 最大功率点跟踪策略42-50
• 3.2.1 太阳能电池输出特性42-44
• 3.2.2 太阳能电池最大功率点44
• 3.2.3 MPPT 控制策略44-50
• 3.3 孤岛检测策略50-52
• 3.4 本章小结52-53
• 第4章 基于 DSP 控制系统硬件软件设计53-67
• 4.1 控制系统的硬件设计54-61
• 4.1.1 DSP 控制系统的结构和资源分配54-55
• 4.1.2 外围采样电路设计55-58
• 4.1.3 过零捕获电路设计58-59
• 4.1.4 保护电路设计59-60
• 4.1.5 通信模块设计60-61
• 4.2 控制系统软件设计61-66
• 4.2.1 主程序流程61-63
• 4.2.2 中断程序流程63-64
• 4.2.3 串口通信流程64-66
• 4.3 本章小结66-67
• 第5章 系统仿真与样机研制67-77
• 5.1 系统仿真分析67-70
• 5.2 三相光伏并网逆变器主电路实现70-74
• 5.3 三相光伏逆变并网逆变器样机实验结果74-76
• 5.4 本章小结76-77
• 结论77-79
• 参考文献79-83
• 致谢83-84
• 附录A 攻读学位期间取得的研究成果84

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