家用光伏离网逆变器的研究

【摘要】：为了解决偏远无电地区家庭的基本用电需求,研究设计了一款额定输出功率为500W的家用光伏离网型逆变器。首先,根据要求设计了系统总体结构框架及硬件电路;根据无电地区家庭用电量需求,确定本文所需太阳能电池及储能设备。系统总体结构主要由太阳能电池输入、蓄电池充电、DC/AC变换、滤波升压输出、DSP控制及其辅助电路组成。其中,DSP辅助电路主要由采样电路、驱动电路、辅助电源、保护电路组成。硬件电路包括直流降压(Buck)电路、全桥逆变电电路、工频变压器升压及LC滤波电路三部分,并对这三部分电路相关参数进行了计算。然后,设计了适合本文所需要的软件。根据系统控制要求,采用两片TMS320F28023DSP分别对蓄电池充电与DC/AC变换进行控制。通过对太阳能电池原理以及最大功率点跟踪控制方法的研究,设计了太阳能最大功率跟踪的控制方法;在对蓄电池工作原理及充电方法研究基础上,并结合系统实际需求确立蓄电池充电方法;通过对SPWM调制方式的研究,确定采用单极倍频方式控制全桥逆变电路。设计了DSP1、DSP2的主程序流程图、中断流程图、带有MPPT的蓄电池充电流程图、PWM生成流程图。最后,进行了仿真及实验。在matlab/simulink软件下对全桥逆变电路与太阳能最大功率跟踪控制方法进行了建模仿真。验证了全桥逆变电路在SPWM控制下输出波形质量是否满足要求、太阳能最大功率跟踪控制方法能否实现;制作了一台500W样机,验证系统设计要求是否能够实现,通过对实验结果分析,系统设计合理,输出满足要求。 【关键词】：太阳能 离网逆变器 DSP MPPT 蓄电池
【学位授予单位】：青岛大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-6
• 第一章 绪论6-12
• 1.1 研究背景与意义6-7
• 1.2 国内外研究现状7-10
• 1.3 本文主要研究内容及创新点10-12
• 1.3.1 本文主要研究内容10-11
• 1.3.2 本文主要创新点11-12
• 第二章 系统总体结构及硬件设计12-40
• 2.1 系统构成12-13
• 2.2 太阳能电池简介13-18
• 2.2.1 太阳能电池板分类14-15
• 2.2.2 太阳能电池等效电路15-16
• 2.2.3 太阳能电池输出特性16-18
• 2.3 铅酸蓄电池简介18-20
• 2.3.1 铅酸蓄电池分类18
• 2.3.2 铅酸蓄电池工作原理18-20
• 2.4 系统硬件主电路拓扑20-21
• 2.5 硬件电路参数设计21-27
• 2.5.1 滤波电路设计21-22
• 2.5.2 环形工频变压器设计22-25
• 2.5.3 Buck电感值计算25-26
• 2.5.4 开关管选择26-27
• 2.6 控制电路设计27-31
• 2.6.1 控制芯片27-28
• 2.6.2 SPWM的调制28-31
• 2.7 DSP外围电路设计31-38
• 2.7.1 全桥逆变电路驱动电路31-32
• 2.7.2 充电电路驱动电路32-33
• 2.7.3 辅助电源电路33-35
• 2.7.4 采样电路35-38
• 2.7.5 保护电路38
• 2.8 本章小结38-40
• 第三章 系统软件设计40-54
• 3.1 软件开发环境40
• 3.2 软件基本功能40
• 3.3 DSP1程序流程图设计40-41
• 3.4 DSP2程序流程图设计41-52
• 3.4.1 太阳能电池最大功率跟踪41
• 3.4.2 MPPT实现原理41-43
• 3.4.3 MPPT控制方法43-46
• 3.4.4 提出的防“误判”扰动观察法46-48
• 3.4.5 铅酸蓄电池充电48-51
• 3.4.6 蓄电池充电流程51
• 3.4.7 DSP2主流程图51
• 3.4.8 蓄电池充电流程图51-52
• 3.5 中断流程图52-53
• 3.6 PWM生成流程图53
• 3.7 本章小结53-54
• 第四章 仿真及实验54-60
• 4.1 仿真54-57
• 4.1.1 单极倍频SPWM调制的建模仿真54-55
• 4.1.2 太阳能电池MPPT仿真55-57
• 4.2 实验波形57-58
• 4.3 本章小结58-60
• 第五章 结论60-62
• 参考文献62-66
• 攻读学位期间的研究成果66-68
• 致谢68-70

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