光伏最大功率追踪逆变器的设计与实现

【摘要】：随着全球能源危机和环境污染问题的日益突出，近些年来新能源技术得到了不断的发展。其中“光伏”已是一耳熟能详的词，即能将光的能量转变为电能的技术。太阳能的取之不尽用之不竭势必会让太阳能发电成为未来生产生活的宠儿，从而取代传统燃煤等火力发电方式。但是利用光伏发电还存在着不少问题，比如光伏发电系统极易受周围环境的影响，让大面积光伏电池板串并联工作时，光伏阵列光照一旦不均匀或者有部分电池板被落叶、灰尘等遮挡就会造成输出功率的变化，从而影响到太阳能的转换效率。在此背景下，对光伏阵列的功率、电压特性进行了深入研究，并为了方便利用太阳能本文提出了一种含自适应最大功率点追踪功能的光伏逆变器的设计，该研究有着重要的工程应用价值。 本文结合光伏MPPT（最大功率点追踪）算法国内外的研究现状，最终确定将APSO（自适应粒子群）算法与SPWM逆变算法进行结合，并将算法移植到DSP上，通过DSP控制外围电路实现光伏阵列功率最大化输出同时产生可用于并网或者直接使用的正弦交流电。笔者根据相应的功能给出了系统硬件总体设计方案和软件总体设计方案，详细介绍了DSP最小系统电路的设计、信号采集电路的设计、强电驱动电路的设计、人机交互等电路设计，考虑到最大功率追踪和逆变过程中控制器执行任务的复杂行，最后系统软件用嵌入式μC/OS-II实时操作系统。最后在CCS编译环境下调试算法程序和操作系统程序。 测试结果表明，本系统硬件和软件设计均满足设计要求，整个MPPT能够准确、快速实现，系统软件运行并无出现奔溃等情况，逆变得到的正弦波形并无失真，频率等指标满足要求。 【关键词】：光伏发电 MPPT SPWM 逆变器 DSP 操作系统
【学位授予单位】：北京工商大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-12
• 1.1 课题研究背景8
• 1.2 课题研究现状8-9
• 1.3 课题研究的主要内容9-11
• 1.4 本章小结11-12
• 第2章 光伏发电系统概述12-19
• 2.1 光伏发电系统组成12-13
• 2.2 光伏电池特性13-17
• 2.2.1 光伏电池原理13-15
• 2.2.2 单块光伏电池板特性15-16
• 2.2.3 光伏阵列输出 P-V 特性分析16-17
• 2.3 光伏控制器概述17
• 2.4 本章小结17-19
• 第3章 光伏逆变器的硬件设计19-32
• 3.1 光伏逆变器总体设计19
• 3.2 光伏逆变器核心板设计19-22
• 3.3 信号采集模块设计22-25
• 3.3.1 传感器电路的设计23-24
• 3.3.2 低通滤波器的设计24
• 3.3.3 放大/衰减电路的设计24-25
• 3.3.4 电压跟随电路25
• 3.4 驱动电路设计25
• 3.5 强电电路设计25-30
• 3.5.1 DC-DC 直流变换电路设计26-28
• 3.5.2 DC-AC 逆变电路设计28-29
• 3.5.3 滤波和抗电磁干扰(EMI)设计29
• 3.5.4 保护电路设计29-30
• 3.7 本章总结30-32
• 第4章 光伏控制器的软件设计32-45
• 4.1 光伏逆变器软件总体设计32-35
• 4.1.1 嵌入式μC/OS-II 系统概述32-33
• 4.1.2 MPPT 算法软件概述33-34
• 4.1.3 SPWM 算法软件概述34-35
• 4.2 APSO 算法在光伏 MPPT 上的应用35-38
• 4.3 APSO 算法在 DSP 上的移植38-40
• 4.4 SPWM 算法在 DC-AC 变换上的应用40-41
• 4.5 SPWM 算法在 DSP 上的移植41-44
• 4.6 本章小结44-45
• 第5章 测试环境及结果分析45-55
• 5.1 实验环境的概述45
• 5.2 测试用设备45-46
• 5.3 安捷伦光伏仿真电源系统46-47
• 5.4 多峰 PV 曲线的创建47-49
• 5.5 光伏逆变器测试结果49-53
• 5.5.1 MPPT 效果及分析49-52
• 5.5.2 逆变结果及分析52-53
• 5.6 本章小结53-55
• 第6章 总结与展望55-57
• 6.1 课题总结55-56
• 6.2 课题展望56-57
• 参考文献57-60
• 在校期间发表论文60-61
• 致谢61

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