基于DSP的三相光伏并网逆变器的控制算法研究及实现

【摘要】：随着能源危机的日益凸显,化石能耗污染的日益加重,具有可持续发展、资源丰富等优势的太阳能逐渐受到重视。光伏并网发电是太阳能有效利用的方式之一,其关键技术也成为国内外研究的重点方向。单级式光伏并网逆变器具有拓扑简单、能量转换效率高等优点,广泛应用于光伏并网发电中。 本文以三相单级隔离式光伏并网逆变器为研究对象,根据电路结构建立其数学模型,深入分析工作原理,利用前馈解耦并网控制策略建立了同步旋转坐标系下的双闭环控制系统,并分析了并网控制实现的原理。 对于光伏并网关键性技术空间矢量脉宽调制(SVPWM)和锁相环(PLL),本文介绍了二者的基本原理,重点阐述了SVPWM的七段式组合工作方式的特点和数字实现步骤,并在MATLAB中对SVPWM和SPWM进行仿真对比,结果验证了SVPWM的优越性,然后根据锁相环实现原理分析了同步旋转坐标系下三相锁相环系统的数学模型,设计了软件锁相环(SPLL)系统,从稳定性和稳态误差角度验证了系统性能,建立仿真模型并模拟电网容易发生的故障情况,仿真结果验证了SPLL系统具有快速的响应能力。 在MATLAB/SIMUlink中设计搭建了三相并网逆变系统和光伏并网逆变系统的仿真模型,仿真结果验证了控制系统具有有功无功独立控制的能力和在不同外界环境条件突变情况下的最大功率跟踪能力。并且,在仿真中模拟电网电压易出现的电压暂降和周期性谐波扰动,给出的仿真结果验证了系统有较强的抗电网扰动能力。 基于上述的理论分析和仿真研究,在搭建的以TMS320F2812DSP为主控芯片的单级式光伏并网逆变实验平台上进行实际调试,并给出了相应的实验结果,系统能够很好地完成电网电压瞬时相位捕获、实时脉宽调制,及正弦电流和单位功率因数输出,表明算法实现的正确性和控制系统的良好控制能力。 【关键词】：光伏 单级式 并网逆变器 前馈解耦 双闭环 SVPWM SPLL DSP
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615;TM464
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 课题研究的背景及意义11-12
• 1.1.1 能源危机11
• 1.1.2 能耗污染11-12
• 1.1.3 太阳能资源的可利用性12
• 1.2 太阳能利用的国内外现状12-13
• 1.3 光伏发电系统分类13-14
• 1.3.1 光伏独立发电系统13-14
• 1.3.2 光伏并网发电系统14
• 1.4 光伏并网逆变器的电路拓扑分类14-17
• 1.4.1 根据隔离分类14-15
• 1.4.2 根据拓扑级数分类15-17
• 1.5 本文主要研究内容17-19
• 第2章 三相光伏并网逆变器控制策略19-30
• 2.1 三相光伏并网逆变器的主电路结构19-21
• 2.2 αβ坐标系及dq坐标系下的状态方程21-24
• 2.3 并网逆变器控制系统设计24-29
• 2.3.1 基于abc坐标系下模型的控制系统设计24-25
• 2.3.2 基于αβ坐标系下模型的控制系统设计25
• 2.3.3 基于dq坐标系下模型的控制系统设计25-27
• 2.3.4 并网控制原理分析27-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第3章 脉宽矢量调制及软件锁相环30-43
• 3.1 电压空间矢量分布30-32
• 3.2 实现SVPWM的算法推导32-34
• 3.3 SVPWM的软件实现34-36
• 3.3.1 确定给定矢量所处扇区34
• 3.3.2 计算基本矢量作用时间34-35
• 3.3.3 计算矢量切换点35-36
• 3.4 SVPWM和SPWM仿真对比36-37
• 3.5 锁相环基本原理及三相软件锁相环系统37-38
• 3.6 SPLL数学模型及控制系统设计38-41
• 3.6.1 稳定性分析39-40
• 3.6.2 稳态误差分析40-41
• 3.7 SPLL仿真分析41
• 3.8 本章小结41-43
• 第4章 三相光伏并网逆变系统仿真43-55
• 4.1 三相并网逆变系统仿真43-46
• 4.1.1 三相并网逆变系统仿真模型搭建43-45
• 4.1.2 三相并网逆变系统解耦控制仿真45-46
• 4.2 单级式光伏并网逆变系统仿真46-50
• 4.2.1 光伏电池组件建模46-48
• 4.2.2 光伏电池的最大功率跟踪48-49
• 4.2.3 光伏并网逆变系统仿真49-50
• 4.3 光伏并网逆变系统的抗电网扰动仿真50-54
• 4.3.1 电网电压暂降扰动下的仿真50-52
• 4.3.2 电网电压周期性谐波扰动下的仿真52-54
• 4.5 本章小结54-55
• 第5章 三相光伏并网逆变器实验55-66
• 5.1 三相光伏并网逆变器的主控芯片选择及应用55-58
• 5.1.1 主控DSP介绍及选择55-56
• 5.1.2 DSP资源分配56
• 5.1.3 信号采样设计56-58
• 5.2 三相光伏并网逆变系统的算法实现58-60
• 5.2.1 软件层次设计58
• 5.2.2 系统软件设计58-60
• 5.3 硬件平台介绍60-61
• 5.4 实验波形分析61-65
• 5.4.1 算法的软件实现61-63
• 5.4.2 电网电压控制实验结果63
• 5.4.3 电压电流双闭环控制实验结果63-65
• 5.5 本章小结65-66
• 结论66-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-72
• 攻读硕士学位期间发表论文情况72

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