3kW单相光伏并网逆变器的研制

【摘要】：经济飞速发展的当今,能源的需求也日益增加,常规能源导致的环境问题备受关注。面对日益严重的能源问题,太阳能作为一种丰富的、可再生的清洁能源。已被世界各国所重视。其利用的重要形式为光伏发电,其中并网型光伏发电在市场中占的比重较大。因此光伏并网逆变器的研究具有一定的理论和实际意义。本文研制了一种3kW单相并网光伏逆变器,采用两级非隔离型结构,前级采用Boost升压电路,对光伏阵列产生的电压进行升压并完成最大功率点跟踪。后级采用带直流旁路的全桥拓扑,它能够很好的解决共模电流问题,通过仿真验证了此拓扑对共模电流有良好的抑制效果。接着对最大功率点跟踪技术进行了研究。分析总结了常用MPPT方法的特点。对扰动观察法的振荡与误判进行了分析,采用了基于最优梯度的占空比扰动观察法。同时也分析了逆变器的控制策略,总结了各种常用策略的优缺点,对PI、PR及准PR控制策略做了分析对比,确定了本逆变器采用准PR控制策略。通过Matlab对MPPT及准PR控制策略进行仿真,证明了改进扰动观察法及准PR控制的可行性。最后基于TI公司的TMS320F2812DSP控制芯片,设计了逆变器的信号采集、驱动及保护等硬件电路,并给出主回路器件选择及主要参数的计算过程。制作了实验样机并调试。实验结果表明,改进扰动观察法能有效消除振荡和减少误判。带直流旁路的全桥拓扑抑制共模电流能力强,准PR控制策略谐波小,稳态性好。逆变器的效率、谐波、功率因素等关键指标均满足要求。 【关键词】：光伏发电 并网逆变器 MPPT 准PR控制 共模电流
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615;TM464
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-19
• 1.1 课题研究的背景和意义12-13
• 1.2 课题国内外发展现状13-17
• 1.2.1 光伏发电及逆变器国内外现状13-15
• 1.2.2 光伏并网逆变器的关键技术现状15-17
• 1.3 本论文的主要内容17-19
• 第2章 光伏并网逆变器主电路研究19-29
• 2.1 光伏并网逆变器的分类19
• 2.2 单相并网逆变器的拓扑19-24
• 2.2.1 隔离型并网逆变器19-20
• 2.2.2 非隔离型并网逆变器20-21
• 2.2.3 非隔离型并网逆变器存在的问题21-24
• 2.3 主电路拓扑24-28
• 2.3.1 前级DC/DC电路工作原理25-26
• 2.3.2 后级DC/AC电路工作原理26-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第3章 最大功率点跟踪技术29-42
• 3.1 光伏电池的基本特性29-31
• 3.1.1 光伏电池的数学模型29-30
• 3.1.2 环境对光伏电池特性的影响30-31
• 3.2 光伏电池仿真模型31-34
• 3.3 最大功率点跟踪的实现34-41
• 3.3.1 MPPT实现原理34
• 3.3.2 常用的MPPT实现方法34-38
• 3.3.3 改进扰动观察法38-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第4章 光伏并网逆变器控制策略42-56
• 4.1 并网逆变器控制目标42
• 4.2 正弦波脉宽调制(SPWM)技术42-44
• 4.3 光伏逆变器控制策略分析44-46
• 4.3.1 滞环电流控制44-45
• 4.3.2 恒定开关频率的电流控制45-46
• 4.3.3 其他控制策略46
• 4.4 逆变器控制策略设计46-55
• 4.4.1 电流内环的设计47-53
• 4.4.2 电压外环的设计53-55
• 4.5 本章小结55-56
• 第5章 逆变器的系统设计56-71
• 5.1 主电路元器件的选择56-60
• 5.1.1 Boost储能电感的选择56-57
• 5.1.2 直流侧支撑电容选择57-58
• 5.1.3 输出滤波器的设计58-59
• 5.1.4 功率器件的选择59-60
• 5.2 系统硬件设计60-68
• 5.2.1 主要芯片选择60-62
• 5.2.2 DSP供电电源62-63
• 5.2.3 动电路63-64
• 5.2.4 采样电路64-66
• 5.2.5 保护电路66-68
• 5.3 软件设计68-70
• 5.3.1 主程序68-69
• 5.3.2 中断程序69-70
• 5.4 本章小结70-71
• 第6章 仿真与实验71-85
• 6.1 仿真工具简介71
• 6.2 逆变器控制仿真71-74
• 6.3 MPPT仿真74-76
• 6.4 实验结果分析76-84
• 6.4.1 信号采集76-77
• 6.4.2 并网电压电流波形77-79
• 6.4.3 并网电流谐波79-80
• 6.4.4 其他性能指标测试80-84
• 6.5 本章小结84-85
• 结论85-87
• 致谢87-88
• 参考文献88-90

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