单相光伏并网逆变器的研究

【摘要】：随着人类的发展，能源短缺和生态危机等问题已迫在眉睫，亟待人们解决，人类正在不断寻求新的替代能源。其中，太阳能则是被大量应用的主要常规替代能源之一，而光伏并网发电技术是太阳能利用的主要发展趋势，必将得到飞速的发展。因此，本文就对光伏并网逆变器进行了详细的介绍，并对系统控制算法、系统仿真、软硬件设计等方面进行了深入的研究。 本文首先详细介绍了光伏并网逆变器的结构及其工作原理，根据系统的性能要求，确定合适的并网逆变系统的拓扑结构。 其次对光伏并网逆变器的控制策略进行了深入的研究。基于光伏逆变系统的控制目标，分析了常用逆变器的控制方式及DDS原理，在此基础上确定SPWM控制方式作为本系统的控制方式。 本文还对光伏电池的工作原理进行了阐述，得到光伏电池的等效电路和输出特性。通过对常用的最大功率点跟踪控制（MPPT）算法的分析和比较，提出了基于恒压法结合变步长的电导增量法来实现光伏并网逆变器的最大功率点跟踪。本文应用DDS技术实现光伏并网逆变器的频率、相位跟踪和最大功率点跟踪。 最后本文对光伏并网逆变器的部分重要参数进行了设计说明，在此基础上，利用Matlab对系统进行了仿真，并对仿真结果给出了详细的说明。本文采用TMS320F2812高速数字信号处理器作为核心处理器，对光伏并网逆变器的软硬件设计进行了研究。在硬件平台上进行实验，验证了系统仿真的正确性。最后对本论文的工作进行了总结，指出该系统存在的不足，对以后的研究工作进行了展望。 【关键词】：光伏并网发电系统 最大功率点跟踪 SPWM DDS
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-15
• 第1章 绪论15-19
• 1.1 课题研究的背景和意义15
• 1.2 光伏并网发电在国内外的现状和发展15-17
• 1.3 本文研究的主要内容17-19
• 第2章 光伏并网逆变器的分类及拓扑结构19-24
• 2.1 并网逆变器的分类及其控制方式19-20
• 2.2 光伏并网逆变器的拓扑结构20-22
• 2.3 本文所研究的光伏并网逆变器的总体结构22-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第3章 光伏并网逆变器控制策略的研究24-46
• 3.1 电压源型并网逆变器的拓扑结构及工作原理24
• 3.2 光伏并网逆变器的控制目标24-25
• 3.3 并网逆变器控制策略的比较25-31
• 3.3.1 滞环控制电流瞬时值比较方式25-26
• 3.3.2 定时控制的电流瞬时值比较方式26
• 3.3.3 SPWM 控制原理26-28
• 3.3.4 系统控制模型的建立28-30
• 3.3.5 基于 PI 反馈控制的电流闭环30-31
• 3.4 光伏并网逆变器频率跟踪、相位跟踪研究31-35
• 3.4.1 DDS 技术原理31-32
• 3.4.2 NCO 的实现32-33
• 3.4.3 频率计的设计33-34
• 3.4.4 相位差检测34-35
• 3.5 最大功率点跟踪（MPPT）技术的研究35-43
• 3.5.1 定电压跟踪法38
• 3.5.2 扰动观测法38-40
• 3.5.3 逐步逼近法40-41
• 3.5.4 电导增量法41
• 3.5.5 恒压法结合变步长的电导增量法41-43
• 3.6 光伏并网逆变器频率跟踪、相位跟踪及 MPPT 的实现43
• 3.7 孤岛效应及其防护43-45
• 3.7.1 相位突变检测法44
• 3.7.2 主动频率漂移法44-45
• 3.8 本章小结45-46
• 第4章 系统仿真实验46-59
• 4.1 系统参数的设计46-50
• 4.1.1 直流母线电容的设计46-47
• 4.1.2 交流侧滤波器设计47-50
• 4.2 仿真实验及其分析50-58
• 4.2.1 光伏电池仿真50-51
• 4.2.2 光伏并网发电系统仿真建模51-52
• 4.2.3 交流滤波器效果仿真对比52
• 4.2.4 SPWM 波仿真结果与分析52-53
• 4.2.5 频率计和鉴相器仿真结果与分析53-56
• 4.2.6 并网仿真结果和分析56-58
• 4.3 本章小结58-59
• 第5章 基于 DSP 的单级式光伏并网逆变器的硬件设计59-70
• 5.1 系统的总体结构59
• 5.2 主功率变换电路的设计59-61
• 5.3 主功率器件驱动电路设计61-62
• 5.4 采样电路设计62-64
• 5.5 信号整形电路设计64
• 5.6 保护电路设计64-66
• 5.6.1 过流保护64-65
• 5.6.2 过压保护和欠压保护65-66
• 5.7 基于 DSP 的控制电路的设计66-69
• 5.7.1 TMS320F2812DSP 芯片特点66
• 5.7.2 系统时钟电路66-67
• 5.7.3 复位电路67
• 5.7.4 JTAG 接口电路67-68
• 5.7.5 电源电路设计68-69
• 5.8 本章小结69-70
• 第6章 光伏并网逆变器的软件设计70-77
• 6.1 软件开发环境介绍70
• 6.2 系统软件设计框图70-71
• 6.3 系统主程序软件设计71-74
• 6.3.1 初始化程序设计71-72
• 6.3.2 频率检测算法程序设计72-73
• 6.3.3 相位差检测算法程序设计73
• 6.3.4 MPPT 程序设计73-74
• 6.4 中断服务程序74-76
• 6.4.1 定时器中断程序设计74-75
• 6.4.2 PI 控制器的设计75
• 6.4.3 ADC 中断程序设计75-76
• 6.4.4 保护中断程序设计76
• 6.5 本章小结76-77
• 第7章 硬件实验结果与分析77-80
• 7.1 硬件平台和实验结果分析.77-79
• 7.1.1 硬件平台77-79
• 7.1.2 实验结果79
• 7.2 本章小结79-80
• 结论80-82
• 参考文献82-86
• 攻读硕士学位期间发表或撰写的学术论文86-88
• 致谢88

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