单相光伏并网逆变器的设计及研究

【摘要】：随着太阳能光伏电池(PV)和电力电子技术的不断进步,光伏发电已经成为新能源利用的主流之一。目前,太阳能光伏发电的主要形式是离网、并网发电并且光伏发电的趋势向着低成本、高效率、大功率方向发展。在光伏发电系统中,逆变器作用是把太阳能电池发出的直流电转换成与市电电压同频同相的交流电。本文主要以小功率单相光伏并网系统为研究对象,对光伏并网系统进行了比较全面、深入的研究,主要内容有： 1.分析了单相光伏并网逆变器的主电路拓扑结构和工作原理。对单相光伏并网系统中直流侧电容、交流侧电感电容、主电路功率管和缓冲电路元器件的参数进行了计算,从仿真和实验的波形来看,输出电压电流的波形谐波较少,基本达到了逆变电流和电压同频同相的目的。 2.为了防止同一桥臂上的功率开关管直通,在正弦波过零点处设置死区时间,通过电流闭环来对死区进行补偿,然后对整个系统进行仿真分析,通过设置合适的死区时间来改善输出波形,以降低输出波形的失真度。 3.由于光伏电池输出特性具有强烈的非线性,且输出功率受日照强度和环境温度等因素的影响,对此本论文分析了光伏电池最大功率点跟踪的方法,利用变步长的算法跟踪光伏阵列的最大输出功率。 4.采用TMS320F2812DSP芯片设计了光伏逆变器的控制器,实验结果表明：输出电压波形的失真度较小,输出功率因数接近1,从而提高了系统的逆变效率,保证其安全可靠运行。 【关键词】：光伏并网逆变器 死区时间 开关固有特性 正弦脉宽调制 最大功率点跟踪 DSP
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-15
• 第一章 绪论15-21
• 1.1 课题研究的背景及意义15-16
• 1.2 国内外光伏并网逆变器的研究现状16-19
• 1.2.1 国外逆变器研究现状16-17
• 1.2.2 国内逆变器研究现状17
• 1.2.3 光伏并网逆变器的拓扑17-19
• 1.3 本课题的主要内容与创新点19-21
• 第二章 单相光伏并网逆变器的设计21-39
• 2.1 单相并网逆变器工作原理与分析21-23
• 2.1.1 单相并网逆变器主电路拓扑结构分析21-22
• 2.1.2 单极控制的PV并网逆变器工作分析22-23
• 2.2 单相光伏主电路及滤波电路参数的设计23-30
• 2.2.1 逆变变压器的设计23-24
• 2.2.2 主开关器件的选择24-25
• 2.2.3 主功率管缓冲电路的设计25-26
• 2.2.4 直流侧滤波器的设计26-27
• 2.2.5 逆变器交流滤波器的设计27-30
• 2.3 DSP主控电路的设计30-37
• 2.3.1 时钟系统电路30-31
• 2.3.2 JTAG仿真接口电路31
• 2.3.3 驱动电路的设计31-33
• 2.3.4 A/D采样电路33-37
• 2.4 本章小结37-39
• 第三章 单相光伏并网逆变器的控制技术39-49
• 3.1 单相光伏并网逆变器的控制目标39-41
• 3.1.1 单相光伏并网系统的数学模型39-41
• 3.2 基于SPWM的电流控制41-46
• 3.2.1 并网逆变器输出反馈控制41-42
• 3.2.2 逆变器电流环开环输出特性42-43
• 3.2.3 逆变器电流环闭环输出特性43-45
• 3.2.4 电网电压的前馈控制45-46
• 3.3 直流侧电压的控制46-47
• 3.4 本章小结47-49
• 第四章 基于DSP控制逆变器死区产生的机理及影响分析49-71
• 4.1 TMS320F2812 DSP芯片概述及应用49
• 4.2 DSP的PWM波形的产生方法49-52
• 4.3 SPWM技术及逆变器死区对输出波形的影响52-65
• 4.3.1 功率元器件IGBT的基本特性52-54
• 4.3.2 SPWM控制的基本原理54
• 4.3.3 正弦脉宽调制的实现54-55
• 4.3.4 单极性调制和双极性调制55-58
• 4.3.5 逆变器死区产生的原因及死区效应分析58-61
• 4.3.6 死区时间对输出波形的影响分析61-62
• 4.3.7 死区时间的补偿策略62-65
• 4.4 单相光伏并网系统的模型与仿真分析65-70
• 4.5 本章小结70-71
• 第五章 太阳电池最大功率点跟踪方法研究71-81
• 5.1 太阳电池最大功率点跟踪71-78
• 5.1.1 光伏电池的工作原理和特性曲线71-73
• 5.1.2 太阳能光伏电池的最大功率点跟踪73-74
• 5.1.3 最大功率点跟踪方法的研究74-78
• 5.2 本章小结78-81
• 第六章 实验与分析81-85
• 6.1 IGBT的驱动波形82-83
• 6.2 光伏并网逆变器输出波形83-85
• 第七章 总结和展望85-87
• 7.1 总结85
• 7.2 展望85-87
• 参考文献87-91
• 致谢91-93
• 发表的论文93-95
• 作者与导师简介95-96
• 附件96-97

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