基于DSP的双闭环光伏逆变并网控制系统设计与研究

【摘要】：目前，新能源技术的研究和应用在能源形势日趋严峻的当下得到各国的高度重视，分布式光伏逆变系统作为应用范围更为广泛的太阳能发电设备尤其受到市场和研究人员的关注。目前而言，分布式光伏逆变系统在发展推广过程中也面临着很多问题。包括电能质量的要求：分布式光伏发电系统工作在并网模式下时，光伏发电设备在电能转换过程中极易产生谐波和振荡。所以电网运营商对并网有着严格的要求。稳定性和安全性要求：分布式光伏并网系统在工作过程需要保持工作状态的稳定性和安全性，在负载突变和工作环境变化过程中容易产生电流电压波动，当这种波动的超过一定阈值范围后很容易导致系统的稳定性削弱，甚至威胁系统的安全。应用场合和范围的要求：在分布式光伏并网系统的研究设计中还要考虑到在不同的工作环境和应用场合中具有普遍的适应性。 针对以上分布式光伏并网系统存在的问题，本课题主要的研究内容为： 1．分析现有主要的光伏并网逆变器的原理和电路系统，比较多种并网逆变器的电路结构并分析各自特点。分析光伏并网系统中的非线性现象和影响光伏并网系统稳定性的原因，结合应用需求提出光伏并网系统的性能优化需求。 2．研究独立/并网双工作模式光伏并网系统的组成和系统特性，研究当前传统的PI控制和模糊控制原理及探究模糊自校正控制在光伏并网闭环控制系统中的运用可行性和效果。建立不同并网控制策略下光伏并网系统的数学模型，进行小信号分析，分析系统的稳定性。 3．研究基于模糊自校正PI双闭环控制系统的系统优化控制策略，提出一种平滑无缝的工作模式切换策略和实现方式，设计主电路、采样电路、控制电路、驱动电路等系统硬件电路。设计软件控制策略。利用仿真软件对所设计的控制方案进行仿真实验，验证控制方案的可行性。 4．基于TI公司DSP器件TMS320F2407，设计制作实验样机，进行实验验证。 【关键词】：光伏逆变系统 双闭环控制 无缝模式切换
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 世界能源格局及光伏发电技术的意义10-11
• 1.2 国内外光伏发电现状及前景11-14
• 1.2.1 国外光伏发电现状概述12
• 1.2.2 国内光伏发电现状及分布式光伏发电前景12-14
• 1.3 分布式光伏发电系统面临的问题及研究现状14-15
• 1.4 本课题的研究背景及主要研究内容15-17
• 第二章 光伏逆变并网系统原理与性能分析17-35
• 2.1 太阳能电池特性分析与最大功率跟踪技术17-23
• 2.1.1 太阳能电池板的结构与工作原理17-20
• 2.1.2 并网模式下的最大功率跟踪技术与数字算法实现20-23
• 2.2 光伏并网逆变器的结构与工作原理23-27
• 2.2.1 单级式逆变器结构与原理分析23-25
• 2.2.2 具有内高频环节的多级式逆变器结构与原理分析25-27
• 2.3 光伏并网系统的非线性现象研究与系统稳定性分析27-32
• 2.3.1 光伏并网系统的非线性现象27-28
• 2.3.2 外部因素对光伏并网系统稳定性的影响28-32
• 2.4 光伏并网系统工作模式切换对系统稳定性影响分析32-33
• 2.5 光伏并网系统的系统控制性能要求33-34
• 2.6 本章小结34-35
• 第三章 光伏逆变并网系统控制策略研究与设计35-65
• 3.1 独立/并网双模式光伏逆变器控制方案分析35-36
• 3.2 基于 PI 双闭环控制的光伏逆变器控制系统36-41
• 3.2.1 基于 PI 双闭环的独立工作模式控制系统37-39
• 3.2.2 基于 PI 双闭环的并网工作模式控制系统39-41
• 3.3 基于模糊自适应 PI 双闭环控制的双模式光伏并网系统41-52
• 3.3.1 模糊控制的原理与概述42-44
• 3.3.2 双模式光伏并网系统模糊自适应 PI 控制器设计44-47
• 3.3.3 系统仿真分析47-52
• 3.4 光伏并网系统相位控制策略52-57
• 3.4.1 锁相环技术与工程运用52-54
• 3.4.2 光伏逆变系统数字锁相环设计54-57
• 3.5 光伏并网系统工作模式切换控制57-64
• 3.5.1 并网模式下的孤岛检测57-59
• 3.5.2 独立供电模式切换为并网模式控制策略59-62
• 3.5.3 并网模式切换为独立供电模式控制策略62-64
• 3.6 本章小结64-65
• 第四章 光伏并网系统硬件电路研究与设计65-78
• 4.1 双向可控防倒灌无缝切换电路研究与设计66-68
• 4.2 功率器件选型与驱动电路设计68-70
• 4.3 IGBT 缓冲电路设计70-71
• 4.4 采样与过零检测电路设计71-73
• 4.5 逆变系统滤波电路设计73-75
• 4.6 光伏系统宽输入辅助电源设计75-77
• 4.7 本章小结77-78
• 第五章 实验验证与分析78-81
• 5.1 独立供电模式的工作波形与分析78-79
• 5.2 切换工作波形与分析79-80
• 5.3 本章小结80-81
• 第六章 总结与展望81-83
• 6.1 论文总结81-82
• 6.2 课题研究成果82
• 6.3 待研究工作和展望82-83
• 致谢83-84
• 参考文献84-88
• 附录：部分实验实物图88-89
• 攻硕期间取得的研究成果89-90

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