光伏发电逆变系统的设计与实现

【摘要】：光伏发电对缓解能源危机和减少环境污染具有重要意义和广阔的应用前景。其中逆变器是整个光伏发电系统的核心,是其不可或缺的组成部分。本文针对光伏发电逆变系统的设计与实现开展研究。设计了一套基于全桥拓扑结构和DSP数字控制的5kW光伏发电逆变器以及功能完善的逆变器功能扩展系统,并对该逆变系统样机进行实验验证,各项性能指标满足课题要求。 首先,本文对逆变系统进行整体方案设计。确定采用全桥作为逆变器的拓扑结构;给出基于双闭环控制的系统传递函数,分析系统的稳定性和外特性;介绍经典的正弦脉宽调制方式,通过比较最终选择单极性混合正弦脉宽调制作为逆变器的调制方式;通过Saber仿真,验证了整体设计方案的可行性。 其次,进行逆变器的具体硬件设计,包括主电路、驱动电路、采样调理电路和保护电路,以及数字控制系统的硬件电路。同时进行逆变器软件设计,包括双闭环控制策略的数字PI实现以及SPWM的数字生成和ADC的软件校正等。 再次,进行详细的逆变器扩展功能设计。设计了扩展功能的各部分硬件电路,同时进行扩展功能的软件设计,规定了处理器之间的通信协议,确定了逆变器运行参数的计算方法。 最后,对光伏发电逆变系统整机进行测试验证,测试结果表明,实验样机功能完备,逆变器的输出功率、系统效率、波形THD、负载调整率等各项指标均满足要求,系统具有优良的稳态性能和动态性能。 【关键词】：逆变器 DSP 闭环控制策略 SPWM 监控
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 光伏发电产业的现状及其发展11-13
• 1.1.1 光伏发电的背景与意义11
• 1.1.2 光伏发电产业的国内外发展现状11-13
• 1.1.3 光伏发电系统的特点13
• 1.2 光伏发电系统简介13-14
• 1.3 逆变系统的研究现状14-18
• 1.3.1 逆变器控制技术发展15
• 1.3.2 逆变器控制方式介绍15-16
• 1.3.3 逆变器常用控制策略16-18
• 1.4 本论文主要工作18-19
• 第二章 光伏发电逆变系统总体方案设计19-33
• 2.1 系统指标19
• 2.2 逆变系统总体设计方案19-32
• 2.2.1 逆变器拓扑结构选择20-22
• 2.2.2 逆变系统主控制器选择22-24
• 2.2.3 逆变器控制策略选择24-26
• 2.2.4 HPWM 技术26-29
• 2.2.5 Saber 仿真验证29-32
• 2.3 本章小结32-33
• 第三章 光伏发电系统逆变器的设计33-53
• 3.1 逆变器硬件设计33-43
• 3.1.1 输出低通滤波器电路设计33-34
• 3.1.2 全桥结构逆变器电路设计34-35
• 3.1.3 采样电路及调理电路设计35-37
• 3.1.4 驱动电路及保护电路设计37-39
• 3.1.5 数字控制部分硬件电路设计39-43
• 3.1.6 硬件电路可靠性设计43
• 3.2 逆变器软件设计43-52
• 3.2.1 PI 控制的数字实现45-48
• 3.2.2 SPWM 调制的DSP 生成48-50
• 3.2.3 ADC 精度的软件修正50-52
• 3.3 本章小结52-53
• 第四章 光伏发电逆变系统扩展功能设计53-66
• 4.1 扩展功能硬件设计53-62
• 4.1.1 电源及系统时钟电路设计53-55
• 4.1.2 人机接口电路设计55-57
• 4.1.3 实时时钟及存储功能接口电路设计57-60
• 4.1.4 环境监控电路设计60-62
• 4.2 扩展功能软件设计62-65
• 4.2.1 扩展功能软件主框架62-63
• 4.2.2 处理器间通信协议63-64
• 4.2.3 逆变器运行参数测量64-65
• 4.3 本章小结65-66
• 第五章 样机测试与结果分析66-71
• 5.1 逆变器实验波形66-67
• 5.2 实验数据及结果分析67-69
• 5.3 扩展功能测试69-70
• 5.4 本章小结70-71
• 第六章 总结与展望71-73
• 6.1 课题主要工作总结71-72
• 6.2 后期工作展望72-73
• 参考文献73-78
• 致谢78-79
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文79

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