逻辑脉冲宽度调制光伏逆变器研究

【摘要】：日益显现的环境问题以及煤炭、石油等化石燃料的枯竭，新能源发电一直是全世界需要解决的巨大问题。太阳能光伏发电由于其诸多优点最近几年成为研究开发的热点之一，未来将会给人类的生产生活产生巨大效益。 本课题先对太阳能光伏发电系统进行了具体的讲述，分析光伏逆变系统的构成和不同类型并选择两级高频不隔离并网的方式作为设计基础。通过分析电路的结构和电路的工作原理以及SPWM调制技术原理以及单极性调制和双极性调制。接下来根据通过分析单相半桥DC-AC变换器正弦脉冲宽度调制控制方法，分别对阻感负载电流为正和为负情形下IGBT的导通状态解析，得出输出电压值与开关管以及电流值的关系，推导出逻辑脉冲宽度调制方法(LPWM)。原理是根据负载的电流的正负而开放或封锁对应的IGBT的门极脉冲。在此理论基础上延伸到光伏发电系统逆变器的单相全桥逆变器上。LPWM控制方法的优点是减少了一半的门极开关损耗，除电流过零点以外无需再加死区，提高了开关频率，增强了系统的安全性和使用寿命。通过对LPWM的理解认识，把理论推导到三相SPWM以及SVPWM的逻辑脉宽调制一样适用，证明其应用场合可以在电力电子等领域得到更充分的推广应用。然后再通过Matlab仿真软件对太阳能光伏发电系统进行LPWM调制方式的仿真，验证了LPWM控制方法在光伏逆变器上理论上的正确性。 设计光伏发电系统的主电路，经过计算选择每个器件的具体型号。控制系统选用TI公司生产的DSP芯片作为控制系统芯片，型号为TMS320F2812。对驱动电路、检测电路进行设计选型，包括太阳能电池板的直流侧电压值，电网电压的换相检测和电网电流的正负等。经过努力学习完成DSP的编程工作，达到控制的目标。包括直流升压电路的PWM波和逆变电路的LPWM波的生成。搭建简易的实验平台，通过多次调试，使实验平台良好稳定运行，得出实验数据，与理论推导的基本符合，完成课题目标。由于精力有限，系统的完整和电路保护等方面并没有做深入的完善，望后人继续努力。 基于LPWM调制方法的诸多优点，相信可以在更为广泛的领域得到应用发展，也为他人在电力电子和脉宽调制等技术应用中提供一种思考和研究的一种方法。 【关键词】：光伏 逻辑脉宽调制 仿真 DSP
【学位授予单位】：内蒙古科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-13
• 1.1 课题背景意义8-9
• 1.2 国内外光伏发电现状和趋势9-10
• 1.2.1 世界太阳能光伏发电现状与展望9-10
• 1.2.2 国内太阳能光伏发电现状与展望10
• 1.3 太阳能光伏发电的优点10-11
• 1.4 课题研究内容11-13
• 2 太阳能光伏发电系统13-21
• 2.1 光伏发电系统的构成与分类13-14
• 2.2 光伏发电系统的类型14-15
• 2.3 并网逆变器的并网方式15-18
• 2.4 并网逆变器的主电路结构及控制方式18-19
• 2.5 最大功率跟踪概述19-20
• 2.6 本章小结20-21
• 3 系统工作原理21-27
• 3.1 前级升压电路的工作原理21-22
• 3.2 后级单相全桥逆变器的工作原理22
• 3.3 脉宽调制原理及 SPWM 调制方式22-26
• 3.4 本章小结26-27
• 4 逻辑脉冲宽度调制方法原理27-40
• 4.1 引言27
• 4.2 单相半桥逆变器的逻辑脉宽调制控制方法分析27-29
• 4.3 逻辑脉宽调制控制方法29-31
• 4.4 三相桥式逆变器的 LPWM 控制方式31-32
• 4.5 SVPWM 的逻辑脉宽调制控制方法32
• 4.6 逻辑脉宽调制控制方法的仿真32-35
• 4.7 LPWM 实际的实现方法35-37
• 4.8 光伏逆变器的逻辑脉宽调制的计算37-39
• 4.9 本章小结39-40
• 5 单相光伏并网逆变器硬件设计40-55
• 5.1 主电路的参主要数设计40-44
• 5.1.1 前级升压电路主要参数设计40-42
• 5.1.2 逆变器参数设计42-44
• 5.2 控制器电路设计44-50
• 5.2.1 控制芯片的选择44-46
• 5.2.2 电源电路的设计46-47
• 5.2.3 复位电路和 JATG 下载口电路的设计47
• 5.2.4 外扩 RAM 的设计47-48
• 5.2.5 PWM 驱动电路的设计48-49
• 5.2.6 A/D 输入保护电路的设计49-50
• 5.3 外围检测电路设计50-52
• 5.3.1 直流电压信号检测50-51
• 5.3.2 电网电压换相点检测51-52
• 5.3.3 电网电流的检测52
• 5.4 实验实物图52-54
• 5.5 本章小结54-55
• 6 系统软件设计55-62
• 6.1 编译环境 CCS 简介55
• 6.2 系统程序设计55-59
• 6.2.1 光伏逆变器主程序55-57
• 6.2.2 EV 定时器周期中断服务程序57
• 6.2.3 A/D 转换中断服务程序57-58
• 6.2.4 SPWM 和 LPWM 子程序58-59
• 6.3 系统实验59-61
• 6.4 本章小结61-62
• 结论62-64
• 参考文献64-69
• 附录 A69-72
• 在学研究成果72-73
• 致谢73

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