单相光伏发电逆变系统研究及实现

【摘要】： 如今,光伏发电技术和产业的发展蒸蒸日上。光伏发电系统中,逆变系统是极其重要的环节,其可靠性直接影响光伏发电系统的正常运行。本文针对单相光伏发电逆变系统进行了建模仿真与实验研究,并完成了实验样机的设计。 逆变系统主电路采用单相全桥+输出变压器隔离拓扑。对主电路及IGBT吸收电路原理给出了详细地理论分析并在Matlab下进行了建模仿真分析。最后完成了主电路设计与调试,给出了实验结果。 逆变系统控制电路部分对独立光伏系统电压源电压控制和并网光伏系统电压源电流控制两种控制方式进行了仿真研究和实验分析,提出了一种双闭环控制的方法。双闭环控制器能够同时对主电路输出量进行平均值和瞬时值控制,具有较快的响应速度和较高的控制精度。结合主电路模型推导了双闭环控制系统传递函数,并根据系统动态稳态性能优化了控制参数。在Matlab下建立了双闭环控制系统电路模型,给出了电压源电压控制下突加和突卸负载时的仿真结果。对并网光伏系统锁相器进行了理论分析,并结合双闭环控制系统进行了建模仿真,给出了电压源电流控制下的仿真结果。此外,控制电路同时具备故障检测处理、故障触发控制、电源检测、主电路直流母线检测和系统状态实时显示等功能。最后完成了控制电路设计与调试,给出了实验结果。 在驱动电路设计过程中提出了一种新颖的设计思想:在实现对控制信号隔离放大的同时具备对IGBT工作状态的检测和故障处理功能。选用TLP250和UC3845分别作为隔离放大和故障处理的控制芯片。最后完成了驱动电路设计与调试,给出了实验结果。 控制电源采用PFC+单端反激拓扑结构。在Fairchild PFC芯片FAN7530控制下控制电源对电网的谐波污染大大减小,实现了绿色化。单端反激部分反馈电路设计过程中,采用了零极点补偿法,提高了中频段增益和控制电源的动态稳态性能。最后完成了控制电源设计调试。 最后,基于以上四部分建模仿真研究和实验分析,完成了整个逆变系统样机设计调试。结果表明:各部分运行稳定,逆变系统性能达到设计要求。 【关键词】：光伏发电 逆变系统 单相全桥 双闭环控制 PFC
【学位授予单位】：青岛大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-7
• 第一章 绪论7-13
• 1.1 课题研究背景7-9
• 1.1.1 光伏发电概况7
• 1.1.2 世界光伏发电进展7-8
• 1.1.3 我国光伏发电进展8-9
• 1.2 光伏发电系统概述9-10
• 1.3 国内外研究概况10-12
• 1.3.1 国内研究概况10-11
• 1.3.2 国外研究概况11-12
• 1.4 本文所做的工作12-13
• 第二章 光伏逆变系统主电路研究及实现13-23
• 2.1 逆变系统主电路原理分析与设计13-16
• 2.1.1 电路工作模式分析14
• 2.1.2 电路工作情况分析14-15
• 2.1.3 逆变系统主电路设计15-16
• 2.2 IGBT缓冲电路原理分析与设计16-18
• 2.2.1 缓冲电路工作原理分析16-17
• 2.2.2 缓冲电路参数计算17-18
• 2.3 滤波器原理分析与设计18-19
• 2.4 逆变系统主电路仿真实验分析及实现19-22
• 2.4.1 逆变系统主电路仿真分析19-20
• 2.4.2 IGBT缓冲电路仿真分析20-21
• 2.4.3 逆变系统主电路实现21
• 2.4.4 逆变系统主电路实验结果分析21-22
• 2.4.5 IGBT缓冲电路实验结果分析22
• 2.5 小结22-23
• 第三章 光伏逆变系统控制电路研究及实现23-49
• 3.1 光伏发电逆变系统控制方式23-24
• 3.2 双闭环控制系统原理分析与仿真研究24-29
• 3.2.1 瞬时值控制系统原理分析与仿真研究24-26
• 3.2.2 平均值控制系统原理分析与仿真研究26-29
• 3.3 锁相器原理分析与仿真研究29-30
• 3.3.1 锁相器原理分析29-30
• 3.3.2 锁相器仿真研究30
• 3.4 控制电路硬件设计30-42
• 3.4.1 双闭环控制器电路设计30-32
• 3.4.2 锁相器电路设计32-33
• 3.4.3 SPWM系统电路设计33-38
• 3.4.4 电源与主电路直流母线检测器原理分析与设计38-39
• 3.4.5 故障检测处理器原理分析与设计39-40
• 3.4.6 显示电路原理分析与设计40-41
• 3.4.7 故障触发控制器原理分析与设计41-42
• 3.5 逆变系统控制电路实现及实验结果分析42-47
• 3.5.1 逆变系统控制电路实现42-43
• 3.5.2 SPWM系统实验结果分析43-45
• 3.5.3 双闭环控制系统及锁相器实验结果分析45-47
• 3.6 小结47-49
• 第四章 光伏逆变系统驱动电路研究及实现49-57
• 4.1 驱动电路要求49-50
• 4.2 驱动器研究与设计50-52
• 4.2.1 隔离部分研究与设计50
• 4.2.2 放大部分研究与设计50-51
• 4.2.3 检测保护部分研究与设计51-52
• 4.3 驱动电路实现及实验结果分析52-55
• 4.3.1 驱动电路实现52-53
• 4.3.2 隔离部分实验结果分析53
• 4.3.3 放大部分实验结果分析53-54
• 4.3.4 检测保护部分实验结果分析54-55
• 4.4 小结55-57
• 第五章 光伏逆变系统控制电源研究及实现57-71
• 5.1 整流部分研究与设计57-58
• 5.1.1 EMI滤波器研究与设计57-58
• 5.1.2 整流桥与直流母线电容设计58
• 5.2 PFC部分研究与设计58-63
• 5.2.1 PFC概述59
• 5.2.2 BOOST功率因数校正器原理分析59-60
• 5.2.3 PFC部分电路设计60-63
• 5.3 单端反激部分研究与设计63-69
• 5.4 控制电源实现69-71
• 结论71-73
• 参考文献73-75
• 攻读学位期间的研究成果75-76
• 致谢76-77

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