单相光伏并网逆变器的研究与设计

【摘要】：随着全世界能源和环境问题的日趋严峻，太阳能已然成为了世界的能源发展的重点。要想更好更全面地利用太阳能，太阳能光伏并网发电系统是目前甚至将来很长一段时间内的最好选择。而光伏并网逆变器作为光伏并网发电系统核心部件是系统效率的重要决定因素之一，因此，对光伏并网逆变器的研究具有重大的实际意义。 在深入学习和研究了直流到直流的升压技术、直流到交流的全桥逆变技术、MATLAB及电路仿真技术、数字信号处理技术、信号采样技术、光伏电池最大功率点跟踪技术、DSP2812的应用技术等相关技术后，设计制作了一款功率为1KW的改良光伏并网逆变器。 本课题中的光伏并网逆变器主要分为主控单元、升压及逆变单元、驱动单元、采样单元等。其中，主控单元的核心控制芯片为TMS320F2812芯片。本设计采用了前级升压和后级逆变的两级模式，结合辅助电源、驱动、采样等电路，再辅之以保护电路完成了整个系统的硬件设计。另外，论文中对最大功率跟踪算法进行了研究和分析，并对扰动观察法进行了改进和完善，使系统效率更高，运行更为稳定。本文还对系统中各个模块软件运行流程进行了分析优化，并完成了系统的程序编写。最后，对制作的样机进行了稳定性和可靠性测试分析。结果说明，本系统能够正常运行，符合设计要求。 【关键词】：太阳能 逆变器 并网 最大功率 TMS320F2812
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615;TM464
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1. 绪论10-20
• 1.1 课题研究背景及意义10
• 1.2 国内外研究和发展状况10-12
• 1.2.1 国外光伏逆变器研究现状10-11
• 1.2.2 国内光伏逆变器研究现状11-12
• 1.3 系统理论12-18
• 1.3.1 太阳能电池13-14
• 1.3.2 太阳能光伏发电系统14-16
• 1.3.3 光伏逆变器16-17
• 1.3.4 最大功率跟踪原理17-18
• 1.4 主要研究和设计内容18-19
• 1.5 章节安排19-20
• 2. 系统整体结构20-29
• 2.1 常用光伏逆变器电路拓扑结构20-23
• 2.2 系统构架及运行原理23-24
• 2.3 主控单元24-26
• 2.3.1 TMS320F2812 相关参数及功能25-26
• 2.4 升压及逆变单元26-27
• 2.5 驱动单元27-28
• 2.6 采样单元28-29
• 3. 系统硬件设计29-42
• 3.1 辅助电源电路29
• 3.2 前级升压电路29-33
• 3.2.1 电路原理图30-31
• 3.2.2 斩波电路电感参数的设计31-32
• 3.2.3 斩波电路电容参数的设计32-33
• 3.3 后级逆变电路33-34
• 3.4 交流滤波电路34-36
• 3.4.1 滤波器结构选择34
• 3.4.2 交流滤波器电感、电容参数设计34-36
• 3.5 驱动电路36-37
• 3.6 主控电路37-39
• 3.6.1 复位电路37-38
• 3.6.2 晶振电路38
• 3.6.3 JTAG 接口电路38
• 3.6.4 芯片电路38-39
• 3.7 采样电路39-42
• 3.7.1 太阳能电池输出电压电流采样电路40
• 3.7.2 逆变器输出电流采样电路40-41
• 3.7.3 电网电压采样电路41-42
• 4. 系统软件设计42-62
• 4.1 系统软件开发环境42-43
• 4.2 本设计软件的总体构成43-46
• 4.3 最大功率点跟踪的算法研究与设计46-57
• 4.3.1 太阳能电池建模与仿真46-49
• 4.3.2 扰动观察法分析及改进49-51
• 4.3.3 扰动观察法第一次改进51-54
• 4.3.4 扰动观察法第二次改进54-55
• 4.3.5 扰动观察法第三次改进55-57
• 4.4 中断程序设计57-58
• 4.5 SPWM 波生成58-59
• 4.6 软件锁相环的实现59-62
• 5. 系统性能测试与分析62-67
• 5.1 辅助电源性能测试62-63
• 5.2 升压电路中的 PWM 测试63-64
• 5.3 SPWM 波形测试64-65
• 5.4 逆变器输出电流测试65
• 5.5 样机并网测试65-67
• 6. 总结67-68
• 附录68-72
• 参考文献72-75
• 攻读硕士学位期间发表的论文75-76
• 致谢76-77

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