单相光伏并网逆变器研究

【摘要】：在全球环境不断恶化，国内光伏政策日趋有利的背景下，本文主要研究了光伏并网发电系统的核心部件光伏并网逆变器。逆变器作为光伏阵列和电网接口的主要设备，其性能决定着光伏发电系统的性能。为了实现光伏阵列产生的电能的最大利用，提高系统稳定性、可靠性、高效性，需对并网逆变器主电路拓扑结构、控制策略、参数设计等进行深入研究。本文在分析并网逆变器拓扑和控制策略基础上研制一台600W单相并网逆变器，该逆变器具有独立运行和并网两种工作模式。 论文首先分析了光伏发电的应用前景，分别从技术和市场两方面介绍了国内外光伏并网逆变器的研究现状及发展趋势，孤岛效应及其检测与防治办法。通过对现有逆变器拓扑结构和控制策略的分析，最终确定了该逆变器采用前级Boost后级工频隔离的拓扑结构，控制策略为独立工作模式下的电压有效值控制和在并网工作模式下的瞬时电流控制。 其次，详细阐述了光伏并网逆变器的硬件电路设计和软件结构设计。该逆变器以TMS320F28035为控制芯片，分别从功率回路器件选型、驱动电路设计、检测通讯以及保护电路等多个方面进行了研究；软件设计始终遵循模块化设计，通过状态机的整体架构实现启动、待机、软启动、运行、故障等多状态的转换，同时，采用分时分任务的控制结构解决紧急事件，而中断解决更高级别事件。该结构实现各个任务与中断的高效协作，保证系统可靠运行。 最后，按照设计要求完成逆变器硬件电路制作、焊接调试及软件编写，对该逆变系统进行试验。在完成驱动及检测回路测试，逆变器正常工作前提下，分别测试逆变器在独立运行模式和并网模式下的运行情况。给出了实验相关测试框图及最终的试验波形，实验效果良好，满足最终的设计要求。此外，简单介绍了实验中存在的问题及解决办法，如储能电容问题、逆变器空载与带载的切换问题。 【关键词】：光伏 并网逆变器 独立运行 瞬时电流 DSP
【学位授予单位】：曲阜师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-13
• 1.1 课题研究背景及意义8-9
• 1.1.1 课题研究背景8
• 1.1.2 课题研究意义8-9
• 1.2 国内外光伏并网逆变器研究现状9-11
• 1.2.1 国内外光伏并网逆变器市场现状9-10
• 1.2.2 国内外光伏并网逆变器技术现状10-11
• 1.3 国内外光伏并网逆变器发展趋势11
• 1.4 逆变器相关标准11
• 1.5 本文主要研究内容11-13
• 第二章 光伏逆变器拓扑结构及控制策略研究13-19
• 2.1 光伏并网逆变器的拓扑结构设计13-14
• 2.2 光伏并网逆变器控制策略研究14-16
• 2.2.1 逆变器独立运行控制策略14-15
• 2.2.2 逆变器并网运行控制策略15-16
• 2.3 光伏并网系统结构框图16-17
• 2.4 孤岛效应与检测17-18
• 2.5 本章小结18-19
• 第三章 单相光伏并网逆变器硬件电路设计19-33
• 3.1 功率回路设计20-23
• 3.1.1 DC/DC 回路器件选型20-22
• 3.1.2 DC/AC 回路器件选型22-23
• 3.2 控制回路设计23-31
• 3.2.1 DSP 控制器最小系统设计23-24
• 3.2.2 栅极驱动电路设计24-26
• 3.2.3 检测电路设计26-29
• 3.2.4 保护电路设计29-30
• 3.2.5 输入输出设备电路设计30-31
• 3.2.6 电源电路设计31
• 3.3 本章小结31-33
• 第四章 光伏并网逆变器软件设计33-42
• 4.1 TMS320F28035 功能介绍33-34
• 4.2 主程序设计34-37
• 4.3 控制程序设计37-41
• 4.3.1 Boost 稳压输出37-39
• 4.3.2 软件锁相与孤岛检测39-40
• 4.3.3 电流预测40-41
• 4.4 本章小结41-42
• 第五章 逆变器试验研究42-53
• 5.1 PCB 板制作与实物图42-43
• 5.2 系统试验平台43-44
• 5.3 实验结果分析44-51
• 5.3.1 开关管驱动44-45
• 5.3.2 电压电流及过零点检测45-48
• 5.3.3 独立运行48-49
• 5.3.4 并网实验49-51
• 5.4 实验中系统存在的问题及解决办法51-52
• 5.5 本章小结52-53
• 第六章 总结与展望53-55
• 6.1 工作总结53
• 6.2 工作展望53-55
• 参考文献55-58
• 致谢58

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