基于DSP的光伏并网逆变器并网控制的优化研究

【摘要】：随着化石能源逐渐减少，以及由化石能源的过度使用产生的诸多问题，迫使人类寻找一种绿色清洁的能源作为化石能源的替代品，其中太阳能因其具有无限的储量，对环境无任何污染等优点逐渐成为化石能源最理想的主要替代品。太阳能光伏发电技术是人类将太阳能转化为电能最主要方式，而并网逆变器作为光伏并网发电系统和电网之间的接口，是光伏并网发电系统中的关键设备，其性能的好坏直接影响了太阳能的利用率。论文针对光伏并网逆变器进行了较为系统的理论与应用研究，针对并网逆变器的性能提出了改进的正弦脉宽调制技术与新型软件锁相技术，对改进并网逆变器的性能、提高太阳能转换效率有重要意义。 目前SPWM信号最主要的方式是采用正弦脉宽调制技术，由于其控制简单、输出谐波可控和响应速度快，在高频全桥结构逆变器的控制技术中也应用广泛。论文详细分析对比了各种常用的正弦脉宽调制方法的优缺点，提出了一种改进的正弦脉宽调制方法，论述了其基本原理，并进行了实验分析，实验表明该控制点时刻的计算只需求解简单的直线交点方程，控制算法简单。锁相技术是光伏并网逆变系统中的重要组成部分。论文在总结诸多锁相技术的基础上，提出了一种新的基于TMS320LF2812的软件锁相算法和硬件电路结构，其软件算法是对周期寄存器值进行PI调节的同时对调制正弦表的指针变量进行比例调节，硬件部分很好的提高了采样精度。 TMS320LF2812DSP数字信号处理器是TI公司推出的32位定点DSP控制器，是目前控制领域应用较广的处理器之一，文中详细介绍了将改进的正弦脉宽调制技术和新型软件锁相技术通过F2812实现的方法与软件流程，以及并网逆变系统中的其它一些重要程序的算法与流程。最后在一台基于DSP芯片TMS320LF2812的单相光伏并网发电装置中应用与实践了本论文提出的各种改进方案，实验结果表明本论文提出的各种改进方案能够提高光伏并网逆变器的性能，增强太阳能的利用效率，对于太阳能光伏发电技术的发展有着重要意义。 【关键词】：并网逆变器 正弦脉宽调制技术 软件锁相技术 DSP
【学位授予单位】：长沙理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 论文的背景与意义11-12
• 1.2 光伏发电的发展情况12-15
• 1.2.1 国外光伏发电状况12-14
• 1.2.2 国内光伏发电状况14-15
• 1.3 并网逆变器并网控制技术15
• 1.4 论文主要工作15-17
• 第二章 光伏并网逆变器的原理17-29
• 2.1 光伏并网逆变器的分类17-19
• 2.1.1 工频隔离型光伏并网逆变器17
• 2.1.2 高频隔离型光伏并网逆变器17-18
• 2.1.3 单级型非隔离光伏并网逆变器18
• 2.1.4 多级型非隔离光伏并网逆变器18-19
• 2.2 光伏并网逆变器并网控制策略19-21
• 2.3 光伏并网发电的最大功率点跟踪（MPPT）技术21-25
• 2.3.1 MPPT 控制基本工作原理21
• 2.3.2 几种常用的 MPPT 技术21-25
• 2.4 系统的总体设计25-26
• 2.5 TMS320LF2812 型 DSP 芯片简介26-28
• 2.6 本章小结28-29
• 第三章 光伏并网逆变器正弦脉宽调制控制算法优化设计29-35
• 3.1 正弦脉宽调制技术基本原理29
• 3.2 传统的正弦脉宽调制技术29-31
• 3.2.1 自然采样法29-30
• 3.2.2 对称规则采样法30
• 3.2.3 不对称规则采样法30-31
• 3.3 改进的不对称规则采样法31-33
• 3.3.1 改进的不对称规则采样法的基本原理31-32
• 3.3.2 反相载波交点式采样法交点值的求解32-33
• 3.4 本章小结33-35
• 第四章 光伏并网逆变器锁相技术优化设计35-45
• 4.1 锁相环技术的发展和应用35
• 4.2 传统模拟锁相环基本原理35-37
• 4.3 软件锁相环的原理37-40
• 4.3.1 软件锁相环的发展37
• 4.3.2 软件锁相环的原理37-38
• 4.3.3 光伏并网逆变系统中的软件锁相技术38-40
• 4.4 光伏并网逆变系统中的新型软件锁相技术40-43
• 4.4.1 新型软件锁相技术快速性分析40-41
• 4.4.2 新型软件锁相技术稳定性分析41-42
• 4.4.3 新型软件锁相精度分析42
• 4.4.4 新型锁相技术的锁相环硬件电路设计42-43
• 4.5 仿真分析43-44
• 4.6 本章小结44-45
• 第五章 基于 DSP 的逆变系统软件设计45-57
• 5.1 系统软件设计与实现45
• 5.2 SPWM 波 F2812 软件实现方法45-48
• 5.2.1 传统对称规则采样法的实现方法45-46
• 5.2.2 反相载波交点式采样法在 F2812 中的实现46-48
• 5.3 频率与相位差的 F2812 检测方法48-49
• 5.4 抗毛刺干扰的 F2812 软件算法49-50
• 5.5 软件锁相技术在 F2812 中的实现50-55
• 5.5.1 传统软件锁相技术在 F2812 中的实现50-52
• 5.5.2 新型软件锁相技术在 F2812 中的实现52-55
• 5.6 本章小结55-57
• 第六章 试验结果与分析57-63
• 6.1 正弦脉宽调制控制技术实验57-59
• 6.1.1 传统不对称规则采样法的实验波形57-58
• 6.1.2 反相载波交点式采样法的实验波形58-59
• 6.2 过零检测电路输入与输出实验波形59-60
• 6.3 光伏并网逆变器优化设计后并网实验波形60-63
• 结论63-65
• 参考文献65-69
• 致谢69-70
• 附录 A 攻读硕士学位期间发表论文及成果70-71
• 附录 B 攻读硕士学位期间参与研究项目71

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