基于dsPIC并网光伏微逆变器的研究与设计

【摘要】：进入新世纪，全球人口的不断增多，随着化石能源逐渐消耗，价格持续走高，拖累了全球的经济增长，同时以传统能源为主导的经济发展带来了严重的环境问题。世界各国都在积极寻求解决人口增长、能源短缺、环境恶化等问题的有效解决方法。而太阳能资源丰富、分布广泛，是21世纪最具发展潜力的可再生能源，因此深入研究太阳能发电并网技术，对于能源危机的缓解、世界经济的可持续发展、环境保护等方面具有重大的理论和实际意义。 逆变器是光伏发电系统中的重要组成部分，由于太阳能具有分散的特点，因此分布式并网发电将是今后的发展方向，本文设计了一种光伏并网微逆变器，并给出样机的软硬件设计，以及实验结果分析，主要内容归纳为以下几个方面。 （1）对比了各种可能采用的硬件拓扑结构，根据微逆变器的体积小，效率高，成本低的性能特点，选择交错并联有源钳位反激这一最适合微逆变器的拓扑方案。 （2）根据并网光伏微逆变器的要求，设计了基于DDS的MPPT和PLL并网控制方法，该方法利用DDS输出信号的频率和幅值只受频率控制字和幅度控制字控制的特点，得到与电网电压同频同相、并满足MPPT的电流参考，另外还利用DDS实现主动频率偏移法检测是否发生孤岛效应。 （3）对光伏电池和微逆变器系统进行数学建模和仿真，得出光伏电池的工程数学模型、系统小信号方程和开环、闭环传递函数，并在Matlab中建立了仿真模型，验证设计的正确性，在仿真模型中，采用常用的PI控制器控制输出电流，验证系统的控制效果。 （4）根据并网光伏微逆变器的技术参数，设计了实验样机，完成了样机的硬件设计和软件设计，硬件电路设计包括主电路、控制电路、驱动电路、采样电路、辅助电源电路和输入输出电路设计，软件设计包括PLL、MPPT、电流控制、负载均流控制和孤岛保护等。 （5）最后，对样机进行了系统调试，给出了实验波形及数据，并得出相关结论，总结了此次研究的结论和成果，指出了其中存在的问题，并对今后的工作最了展望。 【关键词】：微逆变器 有源钳位 交错反激 DDS 孤岛效应
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 目录8-11
• 第一章 绪论11-22
• 1.1 研究背景及意义11-15
• 1.2 国内外光伏逆变器的研究现状和发展趋势15-19
• 1.2.1 国内外光伏逆变器的研究现状15-18
• 1.2.2 国内外光伏逆变器的发展趋势18-19
• 1.3 并网光伏发电系统简介19-20
• 1.4 本文的研究内容和任务20-22
• 第二章 并网光伏微逆变器的拓扑结构设计22-46
• 2.1 拓扑结构比较与选择22-27
• 2.1.1 DC/DC 拓扑结构选择24-26
• 2.1.2 DC/AC 拓扑结构选择26-27
• 2.2 有源钳位交错反激拓扑工作原理27-45
• 2.2.1 单端反激拓扑工作原理27-35
• 2.2.2 钳位电路的比较35-37
• 2.2.3 反激有源钳位电路工作原理37-43
• 2.2.4 交错并联反激拓扑工作原理43-45
• 2.3 系统总体拓扑方案及主要技术参数45
• 2.3.1 系统总体拓扑方案45
• 2.3.2 系统主要技术参数45
• 2.4 本章小结45-46
• 第三章 并网光伏微逆变器的控制方法设计46-61
• 3.1 光伏发电原理与最大功率跟踪方案选择46-48
• 3.1.1 光伏电池发电原理46
• 3.1.2 最大功率跟踪方案选择46-48
• 3.2 系统控制方法设计48-60
• 3.2.1 并网控制方案48-49
• 3.2.2 基于 DDS 的数字锁相环和 MPPT 控制环49-53
• 3.2.3 电流控制环53-55
• 3.2.4 电流前馈控制55
• 3.2.5 均流控制环55-56
• 3.2.6 孤岛检测56-60
• 3.2.7 系统总体控制方案与框图60
• 3.3 本章小结60-61
• 第四章 并网光伏微逆变器的建模与仿真61-79
• 4.1 光伏电池输出特性与最大功率跟踪建模与仿真61-68
• 4.1.1 光伏电池的建模与仿真61-65
• 4.1.2 光伏电池最大功率跟踪的建模与仿真65-68
• 4.2 并网微逆变器系统建模与仿真68-78
• 4.2.1 开环系统建模与仿真68-73
• 4.2.2 控制系统建模与仿真73-76
• 4.2.3 系统总体方案与仿真76-78
• 4.3 本章小结78-79
• 第五章 并网光伏微逆变器硬件及软件设计79-94
• 5.1 系统硬件设计79-89
• 5.1.1 主电路设计79-84
• 5.1.2 控制电路设计84-85
• 5.1.3 驱动电路设计85
• 5.1.4 采样电路设计85-88
• 5.1.5 辅助电源电路设计88-89
• 5.1.6 输出电路设计89
• 5.2 系统软件设计89-93
• 5.2.1 主程序流程及系统状态机89-91
• 5.2.2 中断服务程序91-92
• 5.2.3 子程序流程图92-93
• 5.3 本章小结93-94
• 第六章 实验结果与分析94-99
• 6.1 实验结果与分析94-98
• 6.2 本章小结98-99
• 总结与展望99-100
• 参考文献100-104
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果104-105
• 致谢105-106
• 附录106

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