单相光伏并网逆变器的设计与实现

【摘要】： 随着传统的三大化石能源日渐枯竭,绿色能源的开发和利用将会得到空前发展。太阳能作为世界上最清洁的绿色能源之一,其并网发电备受世界各国的普遍关注。而光伏并网逆变器是光伏并网发电系统的核心部件,如何可靠和高质量地向电网输送功率尤为重要,因此在可再生能源并网发电系统中起电能变换作用的逆变器成为了研究的一个热点。本文主要以单相光伏并网逆变器为研究对象,对并网系统的拓扑结构,控制策略,MPPT最大功率点跟踪,孤岛保护等方面做了详细的分析与研究,主要内容有: 通过对目前常见的各种逆变系统主体电路拓扑结构进行分析和比较,确定了系统DC-DC-AC的拓扑结构方案。DC-DC环节选择用双并联Boost电路取代高频变压器,提高了系统的效率和减小了设备体积;后级逆变环节选择全桥式结构。选择TMS320F2812高性能定点DSP作为系统主控单元,充分利用DSP强大的运算能力和其丰富的片内外设功能,使硬件电路设计相对简单,而且系统输出具有很好的动态响应。 建立太阳能电池等效电路模型,分析太阳能电池输出特性,并在此基础上研究各种MPPT最大功率点跟踪算法。理论分析了产生孤岛效应时电路状态的变化,并提出主被动结合的孤岛保护方法。 针对DC-DC和DC-AC两级拓扑结构,分别采用各自独立的控制方案,前级实现MPPT和升压功能,后级控制直流母线电压稳定和使输出电流与电网电压同频率同相位,并通过Simulink仿真验证了控制方案理论上的可行性。 根据理论上的分析研究,针对给定指标,设计了系统主体电路和控制电路并进行参数的选择。开发了并网逆变器样机,对其硬件电路及软件程序进行了分模块调试,并给出了实验结果。通过分析实验数据和测试波形,证明了所设计样机系统工作性能可靠,设计思路确实可行。 【关键词】：太阳能 光伏并网 逆变 数字信号处理器 最大功率跟踪
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题背景9-11
• 1.1.1 能源危机和光伏发电的广阔前景9-10
• 1.1.2 光伏发电系统分类10-11
• 1.2 光伏并网发电技术的研究现状和发展趋势11-15
• 1.2.1 功率变换电路拓扑结构的研究11-13
• 1.2.2 逆变器并网控制策略的研究13-14
• 1.2.3 多台并网逆变器并联技术的研究14-15
• 1.2.4 逆变器并网滤波器设计的研究15
• 1.3 论文主要内容15-16
• 第2章 并网逆变系统总体设计16-28
• 2.1 系统总体结构分析和功能划分16-18
• 2.2 主电路拓扑结构18-21
• 2.2.1 先升压后逆变的拓扑结构18-19
• 2.2.2 先逆变后升压的拓扑结构19-20
• 2.2.3 系统总体方案20-21
• 2.3 系统工作原理21-28
• 2.3.1 Boost 电路工作原理21-26
• 2.3.2 后级单相全桥逆变电路的工作原理26-28
• 第3章 系统控制策略分析与研究28-54
• 3.1 前级DC-DC 控制方案分析28-38
• 3.1.1 太阳能电池的输出特性分析28-31
• 3.1.2 太阳能电池最大功率点跟踪（MPPT）策略31-36
• 3.1.3 前级DC-DC 控制方案36-38
• 3.2 后级并网控制方案分析38-46
• 3.2.1 并网逆变器的电流跟踪控制方式39-42
• 3.2.2 系统后级并网控制方案42-46
• 3.3 孤岛效应的检测与保护46-48
• 3.3.1 孤岛效应的基本概念及相关标准46
• 3.3.2 孤岛效应的检测与防止46-48
• 3.4 系统仿真分析48-54
• 第4章 光伏并网逆变系统设计与实现54-80
• 4.1 系统技术指标54
• 4.2 主控单元硬件电路设计54-61
• 4.2.1 微处理器的选择54-56
• 4.2.2 主控单元硬件电路结构56-61
• 4.3 功率部分硬件电路设计61-71
• 4.3.1 电源电路的设计62-64
• 4.3.2 前级Boost 升压电路主要参数设计64-68
• 4.3.3 逆变部分主要参数设计68-71
• 4.3.4 检测电路的设计71
• 4.4 系统软件设计71-80
• 4.4.1 软件需求分析与功能模块划分71-72
• 4.4.2 主程序流程图72
• 4.4.3 外设配置相关子程序72-74
• 4.4.4 CAP 中断捕获子程序74-75
• 4.4.5 PDPINTA 功率保护中断子程序75
• 4.4.6 通用定时器1 周期中断子程序75-77
• 4.4.7 增量式PI 子程序77-80
• 第5章 实验结果与分析80-85
• 5.1 前级DC-DC 实验结果分析80-81
• 5.2 后级逆变及并网试验结果分析81-85
• 结论85-87
• 参考文献87-91
• 附录91-93
• 致谢93

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