基于DSP的太阳能并网逆变器的设计

【摘要】：随着能源问题和环境污染问题的日益突出，太阳能作为一种可再生的清洁能源受到越来越多国家的重视，太阳能在世界能源领域已经有了举足轻重的地位。相比于小型离网发电系统，并网发电系统更能发挥太阳能取之不尽用之不竭的优点，太阳能并网发电将是以后的必然趋势。随着太阳能并网发电技术研究的不断深入以及DSP等微型处理器技术的发展，并网逆变器作为并网发电系统的关键设备，人们越来越重视对其的研究。因此，课题针对基于DSP的太阳能并网逆变器的设计进行研究。 首先课题对光伏电池阵列进行了研究，通过对光伏电池输出特性的分析，利用光伏电池的等效电路，建立了光伏电池阵列的工程用数学模型，并在SIMUlink中建立了仿真模型，并通过仿真证明其输出特性曲线符合实际情况；在光伏电池阵列仿真模型的基础上，分析了几种常用的最大功率跟踪算法，并结合BOOST升压电路建立了整体仿真模型，实现了光伏阵列的最大功率跟踪。 为了实现系统的并网逆变，分析了并网逆变器的工作原理，在对已有电流控制方法分析对比的基础上，课题选择SVPWM波形调制技术对电流控制进行研究，分析了SVPWM控制方法的原理以及实现方法，在此基础上给出了详细的仿真模型；然后对并网逆变系统模型进行了深入分析，确定采用电压电流双闭环PI控制策略，并建立了并网逆变系统的仿真模型，通过仿真验证了其正确性。 针对并网逆变器控制策略，提出了采用端口受控哈密顿和能量成型控制方法来研究光伏并网发电系统的控制问题。该方法根据端口受控哈密顿和能量成型控制理论，建立了光伏并网发电系统的PCH模型，采用互联和阻尼配置的能量成型方法，通过对参数的配置，设计出了光伏并网发电系统的控制器。仿真结果验证了控制方法的正确性。 在理论分析和仿真研究的基础上，确定了控制芯片，选择了合适的功率开关管，设计了合理的器件参数，搭建了系统硬件平台，主要包括三相全桥逆变电路、滤波电路、控制芯片、驱动电路以及保护电路；基于硬件平台，在CCS中完成了系统软件设计，通过DSP的事件管理器产生SVPWM波形，实现了逆变功能。 【关键词】：并网逆变器 能量成型 MPPT SVPWM DSP
【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】：2013
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义8-9
• 1.2 国内外的研究现状9-14
• 1.2.1 太阳能发电的国内外研究现状9-10
• 1.2.2 太阳能并网逆变器的国内外研究现状10-14
• 1.3 本文的主要研究内容14-16
• 第2章 光伏电池模型与 MPPT 控制16-27
• 2.1 光伏电池模型16-20
• 2.1.1 光伏电池的等效电路16-17
• 2.1.2 光伏电池的数学模型17-18
• 2.1.3 仿真分析18-20
• 2.2 最大功率跟踪（MPPT）20-24
• 2.2.1 恒电压跟踪法20-21
• 2.2.2 扰动观察法21-22
• 2.2.3 电导增量法22-24
• 2.3 基于 BOOST 电路的 MPPT 控制算法的仿真研究24-26
• 2.3.1 MPPT 控制的原理的 BOOST 电路实现24
• 2.3.2 MPPT 模型与仿真分析24-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第3章 并网逆变器控制策略的研究27-47
• 3.1 并网逆变器的工作原理27-28
• 3.2 并网逆变器控制策略分析28-35
• 3.2.1 SVPWM 控制方式的原理28-29
• 3.2.2 SVPWM 的实现29-31
• 3.2.3 SVPWM 控制方法的仿真31-35
• 3.3 并网逆变系统的分析与建模35-38
• 3.3.1 并网逆变系统的分析35-36
• 3.3.2 并网逆变系统的建模与仿真36-38
• 3.4 并网逆变器的能量成型控制策略38-46
• 3.4.1 端口受控哈密顿（PCH）系统和能量成型控制38
• 3.4.2 光伏发电系统的 PCH 模型38-41
• 3.4.3 并网逆变系统控制器的设计41-44
• 3.4.4 仿真分析44-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第4章 硬件电路与软件设计47-52
• 4.1 并网逆变器硬件电路设计47-49
• 4.1.1 逆变器主电路设计47-48
• 4.1.2 逆变器控制电路设计48-49
• 4.2 软件设计49-50
• 4.3 本章小结50-52
• 第5章 总体仿真和实验分析52-58
• 5.1 并网系统总体仿真52-55
• 5.2 实验分析55-57
• 5.3 本章小结57-58
• 结论58-59
• 参考文献59-62
• 攻读学位期间发表的学术论文62-64
• 致谢64

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