光伏发电系统并网逆变控制实验研究

【摘要】：能源危机和日益严峻的环境污染已经深深困扰了人类前进的步伐,成为了最迫切需要解决的世界性问题。风能、太阳能、生物能等新型的清洁能源因其无可比拟的优势而逐渐受到各国的共同关注,太阳能发电被公认是一种最具有潜力的新型替代能源。可以预料,在不久的将来,太阳能很快将会在基础型能源供应中占有相当重要的地位。 太阳能发电技术就是通过光电效应由光伏电池板将太阳光转换成为电能的技术,而太阳能光伏并网发电系统则是需要将太阳能转换成为符合大电网并入要求的交流电,然后接入大电网实现并网发电运行。目前太阳能光伏并网发电系统的关键技术主要包括太阳能电池板效率、最大功率追踪和并网逆变几个方面,而并网逆变技术则是整个系统的核心技术。由于目前国内研究比较热门的为两级式光伏并网发电系统结构,因此本文针对该结构类型系统的后级并网逆变部分进行了如下研究： 首先,对当前国内外太阳能光伏发电的发展形势进行了论述,指出了我国研究光伏并网发电技术的意义和优势,介绍了光伏并网发电系统的类型和并网发电技术指标。建立了两级式光伏并网发电系统的并网逆变器在不同坐标系下的数学模型,然后对基于电网电压空间矢量定向的并网控制策略进行了详细的推导与分析,为后续的并网控制实验提供了理论依据。比较了几种电网电压定向的实现方法,并确定采用基于电网电压过零点检测的硬件定向方案。介绍了光伏并网发电系统最大功率输出的能量关系以及并网电流的指令获取。在对逆变器开关管的脉冲宽度调制上采用了SVPWM调制技术,给出了在DSP控制器上实现软件方法SVPWM调制的具体步骤。 在实验系统的设计方面,搭建了两级式光伏并网发电系统的后级并网逆变的硬件实验平台。介绍了以TMS320F2812为控制器的硬件平台构成,包括对主功率模块、驱动电路、保护电路及过零点检测电路的设计原理分析。按照系统控制策略实现算法设计编写了软件程序系统的主程序、中断子程序以及各个功能子模块程序,为实验平台调试提供了硬件和软件支持。 在所设计的系统实验平台上进行了软、硬件系统调试,完成了独立系统实验和部分并网实验,采集了实验波形。通过对实验结果的分析可以看到,本文所采用的控制策略及程序编写是正确的,硬件系统能够可靠运行,为后续的进一步实验奠定了坚实基础。 【关键词】：光伏发电 并网逆变器 电网电压定向 SVPWM
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 课题研究的背景及意义11-12
• 1.2 光伏发电技术国内外发展动态12-15
• 1.2.1 国外光伏发电技术发展现状12-13
• 1.2.2 我国光伏发电技术发展现状13-15
• 1.3 光伏发电系统介绍15-18
• 1.3.1 光伏发电系统分类15-16
• 1.3.2 光伏并网发电系统结构16-18
• 1.4 我国光伏并网发电标准18-19
• 1.5 论文的主要研究工作19-21
• 第二章 光伏发电系统并网逆变器的原理及控制21-36
• 2.1 电压型光伏并网逆变器的数学模型21-26
• 2.1.1 电压型光伏并网逆变器的原始数学模型21-22
• 2.1.2 坐标变换理论22-25
• 2.1.3 在两相静止坐标系下的数学模型25
• 2.1.4 在两相旋转坐标系下的数学模型25-26
• 2.2 光伏并网逆变系统的并网控制策略26-29
• 2.3 电网电压合成矢量定向实现方法29-33
• 2.3.1 电网电压检测定向29-30
• 2.3.2 电网电压过零点检测定向30-32
• 2.3.3 软件锁相环定向32-33
• 2.4 光伏并网系统的最大功率输出33-35
• 2.4.1 光伏电池板的输出特性33-34
• 2.4.2 光伏并网逆变器的功率输出34-35
• 2.5 本章小结35-36
• 第三章 电压空间矢量控制原理及实现36-49
• 3.1 电压空间矢量技术36-41
• 3.1.1 电压空间矢量的定义36-37
• 3.1.2 逆变器输出的电压矢量37-41
• 3.2 电压空间矢量合成与计算41-44
• 3.3 SVPWM在DSP上的实现44-48
• 3.3.1 软件方案实现SVPWM的原理44-46
• 3.3.2 不同扇区下的比较寄存器装载46-48
• 3.4 本章小结48-49
• 第四章 光伏并网逆变实验系统硬件设计49-63
• 4.1 主控制单元49-53
• 4.2 功率模块53-54
• 4.3 驱动电路54-58
• 4.3.1 信号缓冲电路55
• 4.3.2 隔离放大电路55-56
• 4.3.3 保护电路56-57
• 4.3.4 辅助报警电路57-58
• 4.3.5 驱动电源选取58
• 4.4 信号检测电路58-61
• 4.5 过零点检测电路61-62
• 4.6 本章小结62-63
• 第五章 软件系统设计63-77
• 5.1 开发环境介绍63-64
• 5.2 程序系统整体框架64-65
• 5.3 主程序设计65-66
• 5.3.1 主程序结构65
• 5.3.2 看门狗程序65-66
• 5.4 子程序设计66-74
• 5.4.1 捕获中断子程序66-68
• 5.4.2 定时器下溢中断子程序68
• 5.4.3 A/D转换与滤波模块68-71
• 5.4.4 数字PI模块71-73
• 5.4.5 SVPWM生成模块73-74
• 5.5 程序系统Graph调试74-76
• 5.6 本章小结76-77
• 第六章 实验结果分析77-85
• 6.1 系统实验平台77-78
• 6.2 过零点检测实验78-79
• 6.3 SVPWM调制实验79-80
• 6.4 光伏电池板输出的A/D采样80-81
• 6.5 独立系统实验81-83
• 6.6 并网实验83-84
• 6.7 本章小结84-85
• 总结与展望85-87
• 参考文献87-90
• 致谢90-91
• 作者在攻读硕士学位期间的研究成果91

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