单相单级工频隔离光伏并网逆变器的研制

【摘要】： 随着工业社会的发展,能源危机与环境污染已经成为人类必须面对的两大严峻课题,如何维持工业社会的日益增长的能源供应?如何保护我们赖以生存的环境?以光伏发电为代表的绿色新能源为我们开辟了一条两全其美的解决途径。光伏发电作为新型能源,借助太阳能电池和电力电子技术的不断进步,以及各国政府对于新能源的大力扶持,它已经成为新能源利用技术的主流技术之一。 本文主要研究单级单相工频隔离光伏并网发电系统。从成本、可靠性和效率的角度出发,本论文对光伏并网逆变系统的控制策略设计以及系统硬件的实现进行了深入地研究。 论文首先介绍了单级能量变换理论和PWM变换器的基本原理,对逆变器进行了小信号模型分析,设计了基于功率前馈与电压前馈的电压源电流控制的整机控制策略,并使用Simulink软件对于控制方式进行了仿真；详细介绍了整个系统的硬件实现,基于IPM模块设计了系统的主电路,基于TMS320F2808设计了系统的控制器,并给出了相应的电路原理图；具体阐述了系统各个控制环节的算法实现,着重阐述了系统孤岛保护策略的设计,提出了一种基于电网非特征次谐波阻抗检测的孤岛保护策略,同时针对于各个控制环节的算法设计了相应的程序流程图。在此基础上,论文基于本课题所研制试验样机进行了并网试验。 【关键词】：光伏发电 单级单相并网逆变器 工频隔离 DSP 孤岛检测 SPWM
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要12-13
• Abstract13-14
• 第一章 绪论14-20
• 1.1 研究背景14-16
• 1.1.1 太阳能光伏发电发展背景14
• 1.1.2 我国太阳能光伏发电发展现状14-16
• 1.2 太阳能并网发电系统的简述16-19
• 1.2.1 太阳能并网发电系统的构成16-17
• 1.2.2 太阳能并网逆变器的研究现状17-19
• 1.3 本文所做的工作19-20
• 第二章 并网逆变器控制策略分析20-39
• 2.1 单级能量变换的理论分析20-21
• 2.2 单级逆变器的控制方式的分析21-29
• 2.2.1 PWM整流器原理21-23
• 2.2.2 单级逆变器逆变部分的分析23-24
• 2.2.3 并网逆变控制方式24-25
• 2.2.4 单相单级并网逆变器的电流跟踪控制方式25-26
• 2.2.5 单极性SPWM的算法实现26-29
• 2.3 单级光伏系统的输入功率控制29
• 2.4 单相并网逆变系统的小信号分析29-36
• 2.4.1 逆变环节的小信号分析30-31
• 2.4.2 电压源型电流控制系统的小信号分析31-33
• 2.4.3 并网逆变电流控制方式33-35
• 2.4.4 并网电流控制PI调节器的设计35-36
• 2.5 控制系统的仿真36-39
• 2.5.1 电网电压前馈控制的仿真分析36-37
• 2.5.2 直流侧输入功率控制控制方式的仿真37-39
• 第三章 单相单级并网逆变器主电路设计39-57
• 3.1 逆变器主电路概述39-40
• 3.2 IGBT模块电路40-49
• 3.2.1 IGBT简介40
• 3.2.2 智能功率模块IPM40-44
• 3.2.3 基于智能功率模块IPM桥路设计44-49
• 3.3 直流侧母线电容的设计49
• 3.4 变压器参数的选定49-50
• 3.5 逆变器输出滤波器的设计50-53
• 3.5.1 滤波器的原理及结构50-51
• 3.5.2 滤波参数的确定51-53
• 3.6 EMI滤波器的设计53-56
• 3.6.1 开关电源EMI产生机理53-54
• 3.6.2 EMI电源滤波器的类型54-55
• 3.6.3 EMI滤波器的作用55
• 3.6.4 EMI滤波器参数的计算55
• 3.6.5 本设计中EMI滤波器的选型55-56
• 3.7 驱动电源的设计56-57
• 第四章 控制器硬件设计57-69
• 4.1 TI公司的DSP芯片TMS320F280857-58
• 4.2 DSP核心外围电路的设计58-61
• 4.2.1 上层板DSP供电电源电路的设计58-59
• 4.2.2 DSP外围电压电平转换接口的设计59-60
• 4.2.3 AD前端调理电路的设计60-61
• 4.3 信号采样电路的设计61-65
• 4.3.1 网侧电压同步信号采样电路设计62
• 4.3.2 直流输入侧电压信号采样电路设计62-63
• 4.3.3 直流侧电流信号采样电路设计63-64
• 4.3.4 网侧电流信号采样电路设计64
• 4.3.5 IPM输出侧电感电流信号采样电路的设计64-65
• 4.4 辅助功能电路设计65-67
• 4.4.1 电能计量电路的设计65
• 4.4.2 CAN通讯电路的设计65-66
• 4.4.3 继电器驱动电路的设计66-67
• 4.4.4 过流保护电路的设计67
• 4.5 控制器电源的设计67-69
• 第五章 光伏并网发电系统的孤岛效应及其防止策略69-81
• 5.1 孤岛效应概述69
• 5.1.1 孤岛效应的定义69
• 5.1.2 孤岛效应的危害69
• 5.2 孤岛检测69-72
• 5.2.1 孤岛效应的国际标准69-70
• 5.2.2 孤岛效应的非检测区(NDZ)70-72
• 5.3 孤岛检测方法72-79
• 5.3.1 基于过/欠压与高/低频保护的被动孤岛检测方法72-75
• 5.3.2 基于电网阻抗检测的主动孤岛检测方法75-79
• 5.4 反孤岛策略的软件实现79-81
• 第六章 控制算法的软件实现81-95
• 6.1 SPWM原理及其实现81-83
• 6.1.1 SPWM的生成原理81-82
• 6.1.2 SPWM的软件实现82-83
• 6.2 软件锁相环的设计83-90
• 6.2.1 锁相环的三大组成部分83-84
• 6.2.2 PLL的工作原理84-85
• 6.2.3 软件锁相(SPLL)的实现85-89
• 6.2.4 软件锁相环的程序流程图89-90
• 6.3 数字PI调节器的软件实现90-92
• 6.4 最大功率点跟踪及其软件实现92-95
• 6.4.1 太阳能电池的输出特性92-93
• 6.4.2 增量电导法93-95
• 第七章 系统实验结果及分析95-98
• 7.1 实验环境95
• 7.2 逆变器控制信号波形95-96
• 7.3 逆变器输出电压电流实测波形96-98
• 第八章 总结与展望98-100
• 8.1 总结98-99
• 8.2 不足与展望99-100
• 参考文献100-104
• 致谢104-105
• 学位论文评阅及答辩情况表105

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