基于dsPIC的智能化单相光伏电源控制系统研究

【摘要】：随着世界能源问题和环境问题的不断加剧，可再生能源的开发和利用呈现出迅速发展的趋势。作为可再生资源之一的太阳能，被认为是人类可利用的最清洁的能源，因此开发和利用太阳能具有非常重要的战略意义。而光伏逆变电源系统是光伏发电系统中的核心部分之一，因此，开发一种具有高可靠性、高转换效率和优良的电能转换质量的光伏逆变电源系统是研制高效率光伏发电系统的关键技术。 传统的工频变压器隔离型逆变器虽然技术性能可靠，但是存在系统效率低下、体积大、成本高等问题；无隔离型逆变器虽然克服了工频逆变器的缺点，但是其结缘性能和可靠性还不够成熟。针对以上问题，本文提出高频变压器升压电路+全桥逆变的设计方案，从而实现了高效可靠的直流输入、交流输出。 光伏逆变电源系统硬件组成包括主电路（DC/DC电路和DC/AC电路）、信号调理电路、驱动电路、智能芯片电路、电源电路等部分。本文通过基于dsPIC的智能控制方法，实现了离网型光伏逆变器的软硬件设计。其中包括建立逆变器电路的数学模型，并在此基础上实现了基于Matlab的逆变器仿真建模，对高频DC/DC电路和全桥逆变电路进行了数值仿真研究。本文给出了逆变器主要硬件选型的依据，并对高频隔离变压器的漏感参数进行了重点分析，编写了基于高性能数字信号处理器dsPIC30F4011的C语言控制程序，系统采用了双闭环的控制策略，并运用PSIM实现了对整个控制系统的建模的仿真研究。 【关键词】：光伏逆变电源 正弦脉宽调制 智能控制 双闭环
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-21
• 1.1 课题背景及意义10-12
• 1.2 国内外研究动态12-14
• 1.3 光伏逆变系统的技术指标与分析14-16
• 1.3.1 光伏逆变器的主要技术性能指标14-15
• 1.3.2 数字化光伏逆变系统15-16
• 1.4 光伏发电逆变系统的控制策略16-20
• 1.4.1 PID 控制17
• 1.4.2 无差拍控制17-18
• 1.4.3 重复控制18
• 1.4.4 状态反馈控制18-19
• 1.4.5 滑模变结构控制19
• 1.4.6 模糊控制19-20
• 1.5 本课题主要研究工作20
• 1.6 本章小结20-21
• 第二章 光伏逆变电源的数学模型及特性分析21-32
• 2.1 光伏电池的基本特性21-24
• 2.2 单相 PWM 数字逆变器数学模型24-25
• 2.3 脉宽调制技术25-27
• 2.3.1 SPWM 技术原理25-26
• 2.3.2 等效脉宽计算26-27
• 2.4 系统建模与分析27-28
• 2.5 逆变器系统的 Matlab 仿真分析28-31
• 2.5.1 DC/AC/DC 电路28-30
• 2.5.2 逆变电路30-31
• 2.6 本章小结31-32
• 第三章 光伏逆变系统硬件电路设计32-48
• 3.1 主电路的设计33-39
• 3.1.1 输入侧滤波电容的选取33
• 3.1.2 高频隔离变压器33-38
• 3.1.3 DC/AC 逆变电路38-39
• 3.2 外围控制电路的设计39-47
• 3.2.1 采样及调理电路的设计39-41
• 3.2.2 IGBT 驱动与保护电路的设计41-45
• 3.2.3 DSPIC 控制器特性45-47
• 3.3 本章小结47-48
• 第四章 基于 dsPIC 智能控制系统的软件设计48-57
• 4.1 光伏阵列的最大功率点跟踪48-51
• 4.1.1 恒压控制法48-49
• 4.1.2 电导增量法49-50
• 4.1.3 扰动观察法50-51
• 4.2 逆变器控制程序设计51-56
• 4.2.1 主程序设计51-52
• 4.2.2 A/D 转换程序设计52-53
• 4.2.3 PWM 输出程序设计53-55
• 4.2.4 双闭环控制程序设计55-56
• 4.3 本章小结56-57
• 第五章 系统仿真与实验结果57-65
• 5.1 逆变器控制系统仿真57-61
• 5.1.1 单闭环系统仿真57-60
• 5.1.2 双闭环系统仿真60-61
• 5.2 样机制作61-63
• 5.2.1 前级调试62
• 5.2.2 后级调试62
• 5.2.3 联级调试62-63
• 5.3 实验结果63-64
• 5.3.1 SPWM 波形63-64
• 5.3.2 输出电压波形64
• 5.4 本章小结64-65
• 第六章 结论65-66
• 参考文献66-68
• 在学研究成果68-69
• 致谢69

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