基于DSP的光伏并网逆变技术的研究

【摘要】：随着社会的发展，能源短缺和生态环境恶化问题日益突出。发展低污染、可再生的新能源成为世界各国在21世纪能源战略的重点。太阳能以其清洁、资源分布均匀且丰富的优点，已成为各国政府发展新能源的热点，并且由于近年来光伏电池成本的降低，太阳能发电更是得到了迅速发展。光伏并网发电技术是太阳能发电的主要方向。本文深入研究了小功率并网系统的控制方法，并详细阐述了一套小功率光伏并网逆变系统的软硬件设计。 首先，本文介绍了光伏电池板的曲线特性，并建立了光伏电池板的仿真模型。通过对传统MPPT算法缺点的分析，提出了一种改进的新型算法，该算法可以有效的防止在外界光照发生变化时系统所产生的功率误判现象。 其次，对本文逆变控制器的控制方法做了详细的分析，选用电压电流双环控制。电压外环用于稳定逆变器直流母线电压，电流内环用于调节逆变器输出电流，并且采用数字锁相技术实时的检测电网电压的频率和相位，使得逆变器输出电流与电网电压同频同相。为防止电网电压变化对并网电流的影响，本文使用的电网电压前馈技术。 然后，针对本文所采用的两级式控制结构，搭建了硬件实验平台，它包括：前级DC/DC电路、后级逆变电路、模拟采样电路、驱动电路、保护电路等，并且对文章中的重要参数的选取方法做了详细的计算。 最后，基于DSP对MPPT模块和后级逆变电路模块做了软件编程，通过对电池板输出电压电流值和对逆变器输出电流电压的采集以及对电网电压信号的采样，将这些信号输入DSP中，在主程序中通过编程来完成MPPT功能和逆变器输出电流与电网电压同频同相功能。在最后给出了光伏并网系统的仿真图形和硬件输出波形，证明本文设计的算法和硬件电路是合理的。 【关键词】：光伏并网系统 最大功率点跟踪 双环控制 逆变器
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 摘要2-3
• ABSTRACT3-8
• 1 绪论8-15
• 1.1 课题研究背景及意义8-9
• 1.2 国内外光伏发电现状及前景9-11
• 1.2.1 国外光伏发电产业的发展9-10
• 1.2.2 我国光伏发电产业的发展10-11
• 1.3 光伏发电系统分类11-13
• 1.3.1 独立光伏发电系统11-12
• 1.3.2 并网光伏发电系统12-13
• 1.4 本论文章节安排13-15
• 2 太阳能电池最大功率点跟踪技术15-30
• 2.1 太阳能电池的工作原理及其输出特性15-19
• 2.1.1 太阳能电池的工作原理15-16
• 2.1.2 光伏电池的数学模型分析16-18
• 2.1.3 光伏电池的输出特性仿真与分析18-19
• 2.2 最大功率点跟踪技术19-25
• 2.2.1 最大功率跟踪原理20
• 2.2.2 三种最大功率点跟踪技术的比较20-25
• 2.3 新型 MPPT 算法的原理分析及仿真25-29
• 2.3.1 传统 MPPT 算法所存在的不足25-26
• 2.3.2 新型 MPPT 原理和优点分析26-28
• 2.3.3 基于 Matlab/Simulink 的新型 MPPT 算法的仿真28-29
• 2.4 本章小结29-30
• 3 逆变器及并网控制系统设计30-46
• 3.1 基于 BOOST电路的 MPPT 控制原理30-33
• 3.1.1 Boost 变换器的工作原理30-31
• 3.1.2 BOOST 电路实现 MPPT 原理31-33
• 3.2 并网控制策略的研究33-35
• 3.2.1 并网控制的原理及策略33-34
• 3.2.2 并网逆变器常用控制方法的分析34-35
• 3.3 本文并网控制系统的方案的确定35-41
• 3.3.1 控制系统的数学建模35-38
• 3.3.2 控制系统的校正38-41
• 3.4 数字锁相环技术41-43
• 3.4.1 锁相环的原理41-42
• 3.4.2 锁相环的数学模型42-43
• 3.5 孤岛效应的检测43-45
• 3.5.1 主动式孤岛检测方法43
• 3.5.2 被动式孤岛检测方法43-45
• 3.6 本章小结45-46
• 4 系统硬件电路设计及主要参数计算46-60
• 4.1 系统控制核心芯片 TMS320F281246-47
• 4.2 模拟信号采样单元47-50
• 4.2.1 交流电压采样电路47
• 4.2.2 并网电流采样电路47-48
• 4.2.3 过零检测电路48-49
• 4.2.4 直流信号采样电路49-50
• 4.3 辅助电源单元50-51
• 4.4 MOSFET 驱动单元51-53
• 4.5 保护电路的设计53-54
• 4.6 系统主要参数计算54-59
• 4.6.1 系统的技术参数54-55
• 4.6.2 DC/DC 前级 Boost 电路参数计算55-57
• 4.6.3 DC/AC 后级电路主要参数设计57-59
• 4.7 本章小结59-60
• 5 软件设计及实验结果分析60-71
• 5.1 软件设计概述60
• 5.2 软件总体框架及主程序设计60-62
• 5.3 采样模块流程图62-63
• 5.4 MPPT 算法控制流程图63
• 5.5 LCD12864 液晶显示器63-64
• 5.6 数字锁相的软件实现64-65
• 5.7 SPWM 波形发生65
• 5.8 实验结果65-70
• 5.8.1 最大功率点跟踪精度实验65-66
• 5.8.2 逆变部分实验结果66-70
• 5.9 本章小结70-71
• 6 结论71-72
• 6.1 总结71
• 6.2 展望71-72
• 致谢72-73
• 参考文献73-76
• 附录76-77
• 附录 1 攻读硕士学位期间所发表的论文和申请的专利76-77
• 附录 2 硬件实验平台77

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