基于DSP控制的单相光伏并网逆变器的研究

【摘要】：太阳能资源在全球的储量是无限的，从社会可持续发展的趋势来看，太阳能必将会成为传统能源的主要替代品。人类利用太阳能的主要形式是建设太阳能光伏电站，将太阳能转化为社会发展不可或缺的电能。目前，大多数的光伏电站都已经实现了与电网并网运行，并网逆变器是整个并网逆变系统的核心部分。 本文对并网逆变器的拓扑结构作了详细的分析和比较，选取单相两级非隔离式结构作为本文研究对象的拓扑结构，控制芯片为TI公司的32位DSP芯片TMS320LF2812。光伏并网逆变器的关键技术是光伏电池最大功率点跟踪（MPPT）控制和并网控制技术。 本文首先建立光伏电池的简单数学模型，并对MPPT控制原理作了介绍，对目前使用较广的几种MPPT控制策略进行了详细的分析和比较，在此基础上，提出了一种变步长双向扰动观测法，即通过在光伏电池的P-U特性曲线按顺序依次等距选取三个点，其中以中间的工作点为中心，三点之间的间距为扰动步长；利用这三个点的功率信息来改变扰动方向和扰动步长大小，从而使工作点迅速达到最大功率点；这种方法能够克服定步长扰动观测法带来的振荡问题。在Matlab/Simulink中建立了算法的仿真模型；仿真结果表明，当外部环境发生改变时，光伏电池能够实现最大功率点的跟踪。 本文在对常用的几种电流并网控制策略进行了阐述后，重点分析了基于电网电压前馈补偿的电流闭环控制策略和改进的电流滞环控制策略，并在Matlab/Simulink中分别建立了两种控制策略的仿真模型，仿真结果表明改进的电流滞环控制策略对并网电流控制效果较电流闭环控制策略更好，故选取改进的电流滞环控制方法作为本系统的电流控制策略。 最后本文详细的分析了基于DSP TMS320LF2812控制的典型软件设计过程，具体包括SPWM波软件实现、数字锁相环的设计、数字PI算法的实现等；并均给出了软件相应的设计流程图；在此基础上制作出了逆变器试验样机，样机实验结果良好。 【关键词】：太阳能 并网逆变器 DSP MPPT 并网电流控制
【学位授予单位】：长沙理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615;TM464
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 论文的背景及意义10-12
• 1.2 光伏发电的发展状况12-15
• 1.2.1 国外并网发电技术的发展状况12-13
• 1.2.2 国内并网发电技术的发展状况13-15
• 1.3 本文主要工作15-16
• 第二章 光伏并网逆变系统总体设计方案16-23
• 2.1 光伏并网逆变器的结构及原理16-20
• 2.1.1 并网逆变器工作原理16
• 2.1.2 光伏并网逆变器的分类16-20
• 2.2 系统的总体设计方案20-21
• 2.3 数字信号处理器 DSP（TMS320LF2812）芯片简介21-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第三章 光伏发电的最大功率点跟踪（MPPT）技术23-38
• 3.1 光伏电池的数学模型23-25
• 3.2 太阳能光伏电池的输出特性（ U I、 P U）25-27
• 3.3 太阳能光伏电池最大功率跟踪原理27-28
• 3.4 太阳能光伏电池的最大功率跟踪策略28-32
• 3.4.1 定电压跟踪法28-29
• 3.4.2 短路电流比例系数法29
• 3.4.3 扰动观测法29-30
• 3.4.4 电导增量法30-32
• 3.4.5 其他最大功率跟踪策略32
• 3.5 变步长双向扰动观测法32-35
• 3.6 最大功率跟踪策略仿真分析35-37
• 3.7 本章小节37-38
• 第四章 光伏并网逆变器并网控制策略研究38-75
• 4.1 逆变器电流控制原理38-39
• 4.2 几种常用的逆变器电流控制策略39-75

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