推挽式光伏逆变器的研究与设计

【摘要】：化石能源虽然为推动人类社会发展做出了杰出贡献,但同时引发了无数不可逆转的环境问题。煤、石油作为有限的资源,未来必将会面临枯竭。为实现人类的可持续发展,必需寻找新的可替代能源。光伏发电无污染,安装简便,稳定性高,寿命长,势必成为未来能源发展的主要方向,得到越来越普遍的推广应用。 本论文主要以独立结构的推挽式光伏逆变器为研究对象,分别分析了前级dc-dc变换器和后级dc-ac变换器的工作原理,建立数学模型,设计相应的控制方案,建立PSM模型进行仿真,并制作硬件对理论进行了验证。 论文首先根据光伏逆变器的功率级结构进行了分类,对串联结构、串-并联结构、独立结构和混合结构分别作了详细的原理分析,并且比较了各类结构的优缺点。选取了独立结构(微型逆变方式)为研究对象,对前级dc-dc变换和后级dc-ac变换的原理进行了分析。对推挽变换器前级和全桥逆变器后级进行小信号建模,采用了连续控制器数字化的思路设计了系统的控制器。同时介绍了逆变器的SPWM调制方式,并通过搭建PSIM电路进行了仿真验证。随后设计了基于dsPIC微控制器的推挽式光伏逆变系统的硬件,包括控制软件设计和硬件制作两大部分。系统硬件的制作内容包括主电路元器件的选型、推挽变换器的制作、采样电路和驱动电路的设计与硬件实现、LC滤波电路和接地参考方面的设计等。实验结果达到预期效果,推挽光伏逆变系统能获得较好的正弦电流波型输出。最后对设计进行了总结,分析了存在的问题以及需改进的方面,并且对未来工作进行了规划。 【关键词】：推挽变换器 全桥逆变器 SPWM 数字信号控制器
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 1 绪论7-15
• 1.1 光伏发电优势及发展展望7-8
• 1.2 光伏发电原理8-11
• 1.2.1 光生伏特效应8-9
• 1.2.2 光伏电池特性9-11
• 1.3 并网光伏发电系统结构简介11-13
• 1.4 论文研究的内容及意义13-15
• 2 推挽式光伏逆变器设计方案15-23
• 2.1 中间直流母线解耦的高频链逆变器15
• 2.2 推挽变换器工作原理15-19
• 2.3 全桥逆变电路工作原理19-21
• 2.3.1 双极性SPWM调制原理19-20
• 2.3.2 逆变器模块的工作原理20-21
• 2.4 推挽式光伏逆变器系统结构框图21-23
• 3 推挽式光伏逆变系统建模和控制方案设计23-37
• 3.1 推挽变换器控制方案设计23-30
• 3.1.1 推挽变换器建模23-27
• 3.1.2 推挽变换器的数字控制器算法设计27-28
• 3.1.3 推挽变换器仿真28-30
• 3.2 逆变桥控制方案的设计30-34
• 3.2.1 逆变桥的建模31-33
• 3.2.2 逆变桥的数字PID控制器设计33
• 3.2.3 逆变器并网仿真研究33-34
• 3.3 推挽式光伏逆变器系统仿真分析34-37
• 4 推挽式光伏逆变系统的实现37-63
• 4.1 推挽式光伏逆变系统总体结构和运行参数37-38
• 4.2 推挽变换器及其控制系统硬件设计38-45
• 4.2.1 推挽变换器开关管的选择38
• 4.2.2 推挽变换器设计38-40
• 4.2.3 推挽输出电压采样电路的设计40-44
• 4.2.4 推挽变换器驱动电路的设计44-45
• 4.3 全桥逆变器模块设计45-53
• 4.3.1 逆变桥模块主电路设计45-46
• 4.3.2 交流电流采样电路设计46-48
• 4.3.3 交流电压采样网络设计48-50
• 4.3.4 逆变器驱动电路设计50-53
• 4.4 LC低通滤波器及辅助电源设计53-61
• 4.4.1 功率解耦电容选型55-56
• 4.4.2 推挽变换器输出端滤波器设计56-58
• 4.4.3 逆变器输出端滤波器设计58-60
• 4.4.4 辅助电源与接地参考的设计60-61
• 4.5 系统软件设计61-63
• 4.5.1 主程序61-62
• 4.5.2 ADC中断程序62-63
• 5 实验结果与分析63-65
• 结论与展望65-67
• 参考文献67-68
• 致谢68-69

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