单相光伏并网逆变器的研究与设计

【摘要】：随着全球能源危机和环境污染的日益严重,太阳能作为当前最理想的绿色能源之一越来越受到各国的重视。光伏并网发电代表太阳能利用的发展趋势,正成为太阳能利用最主要的途径。高性能的数字信号处理器芯片(DSP)的出现,使得一些先进的控制策略应用于光伏并网系统成为可能。 首先,本文研究了光伏电池的基本发电原理和输出特性,分析了几种常见的最大功率点跟踪方法,并基于太阳能电池阵列的仿真模型,对扰动观察法进行仿真,验证其理论的正确性。 其次,针对单相光伏并网发电系统,选择适合其特点的两级逆变主电路拓扑结构,分析了前级直流升压电路和后级全桥逆变电路的工作原理,给出主电路直流侧Boost电路参数设计过程和交流侧滤波器的设计思想和设计过程。采用电流反馈型并网控制方案,对单相光伏并网逆变器输出级建模,推导逆变系统的开环传递函数,分析系统的性能,并用PI控制器进行了系统校正。针对常规PI闭环控制不能实现并网正弦电流的无静差跟踪的缺点,系统采用PI与零电流跟踪误差结合的闭环控制系统,并对改进后的系统性能进行推导分析,验证其可行性。 最后,根据控制系统的整体方案,采用DSP作为控制系统的主控核心芯片,设计了基于TMS320F2812的并网逆变器控制硬件电路和软件系统。硬件部分主要包括主控单元的信号检测电路、辅助电源电路、功率驱动电路及保护电路。软件部分采用模块化的程序设计方法,给出了主程序和子程序流程图,同时重点解决了SPWM波的产生和软件锁相算法在并网电流和电网电压同频同相上的实现。 【关键词】：光伏并网 逆变器 最大功率点跟踪 DSP
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要2-3
• ABSTRACT3-7
• 1 绪论7-14
• 1.1 课题背景及意义7-9
• 1.1.1 当今世界的能源形势7-8
• 1.1.2 太阳能资源的优势8
• 1.1.3 光伏发电的优势8-9
• 1.2 光伏发电的现状和前景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13-14
• 2 太阳能电池最大功率点跟踪技术14-28
• 2.1 太阳能电池的工作原理及其输出特性14-19
• 2.1.1 太阳能电池的工作原理14
• 2.1.2 太阳能电池等效电路及输出特性14-16
• 2.1.3 太阳能电池的温度特性和光照特性16-17
• 2.1.4 太阳能电池特性仿真17-19
• 2.2 最大功率点跟踪方法的比较分析19-25
• 2.2.1 恒压控制策略（Const Voltage Tracking）20-21
• 2.2.2 扰动观察法（Perturb & Observe Algorithms）21-23
• 2.2.3 电导增量法（Incremental Conductance Algorithm）23-24
• 2.2.4 最大功率点跟踪方法（MPPT）的比较24-25
• 2.3 扰动观察法的 Matlab 建模仿真25-27
• 2.4 最大功率点跟踪系统设计27-28
• 3 光伏并网系统的工作原理及总体设计28-48
• 3.1 光伏并网系统的总体设计28-29
• 3.2 前级DC-DC 电路设计29-33
• 3.2.1 常用DC-DC 变换电路拓扑结构及特点29-31
• 3.2.2 Boost 电路参数设计31-33
• 3.3 后级DC-AC 电路设计33-48
• 3.3.1 光伏并网逆变器的拓扑结构33-34
• 3.3.2 光伏并网逆变器的控制方式34-35
• 3.3.3 输出电流的控制方式35-38
• 3.3.4 基于SPWM 的电流控制研究38-44
• 3.3.5 逆变器交流输出端滤波器的设计44-48
• 4 基于DSP 的系统硬件电路设计48-56
• 4.1 采用DSP 作为光伏并网逆变器控制核心芯片48-49
• 4.2 模拟信号采样单元49-52
• 4.2.1 交流电压采样电路49-50
• 4.2.2 并网电流采样电路50
• 4.2.3 电压过零检测电路50-51
• 4.2.4 直流信号采样电路51-52
• 4.3 辅助电源单元52-53
• 4.4 IGBT 驱动单元53-55
• 4.5 保护电路的设计55-56
• 5 基于DSP 的控制系统软件设计56-65
• 5.1 软件开发环境介绍56
• 5.2 软件总体框架及主程序设计56-58
• 5.3 SPWM 波形发生58-61
• 5.4 软件锁相环的实现61-63
• 5.5 程序抗干扰方法63-64
• 5.6 实验结果64-65
• 6 结论65-66
• 6.1 结论65
• 6.2 展望65-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-70
• 附录70

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