单相非隔离型光伏并网逆变器DC-AC变换的研究与实现

【摘要】：由于当前环境污染与能源短缺的问题愈发严重,使得人们越来越关注新能源的开发与利用。作为众多新能源之一,太阳能以其清洁、经济等优势倍受青睐,光伏并网发电作为太阳能光伏利用的主要形式受到世界各国的普遍关注。光伏并网逆变器是光伏并网发电系统的核心部件,其效率的高低、可靠性的好坏会对并网发电系统的整体性能产生极大的影响。 本文首先以单相全桥拓扑为例,对非隔离型光伏并网系统中的共模电流问题进行了详细的理论分析和仿真,选择带交流旁路的全桥拓扑作为逆变主电路,并对其工作时序进行了分析。总结和比较了几种常用的输出电流控制方式,给出了电压、电流瞬时值反馈的双环控制方案。 根据理论上的分析研究,针对给定指标,完成了实验样机的硬件部分和软件部分的设计。在硬件方面详细阐述了开关管的选择方法,基于TMS320F2812的控制电路、驱动电路以及采样和保护电路的设计；在软件方面对控制系统主程序、中断服务程序和数字PI调节器的设计进行了论述,着重介绍了数字锁相环的具体实现方法。 在以上研究工作的基础上,制作了一台3kw单相非隔离型光伏并网逆变器DC-AC变换的样机,并对其进行了实验调试,得到了实验结果。通过分析测试波形,验证了本文所设计的逆变器DC-AC变换的样机工作性能可靠,控制策略切实可行。 【关键词】：非隔离型光伏并网逆变器 共模电流 数字锁相环 TMS320F2812
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM464
【目录】：

• 目录4-6
• CONTENTS6-8
• 中文摘要8-9
• ABSTRACT9-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 课题研究的背景与意义11-12
• 1.1.1 课题背景11-12
• 1.1.2 研究意义12
• 1.2 光伏发电在国内外的发展现状12-15
• 1.2.1 光伏发电在国外的现状12-13
• 1.2.2 光伏发电在国内的现状13-15
• 1.3 逆变器的性能指标及论文的主要内容15-16
• 1.3.1 逆变器的性能指标15
• 1.3.2 论文的主要内容15-16
• 1.4 本章小结16-17
• 第二章 光伏并网逆变器的电路结构与控制策略的研究17-31
• 2.1 非隔离型光伏并网系统中的共模漏电流17-18
• 2.2 非隔离型单相全桥逆变器的共模漏电流分析18-21
• 2.3 逆变主回路的拓扑结构及工作时序分析21-24
• 2.3.1 逆变主回路的拓扑结构21-22
• 2.3.2 逆变主回路的工作时序分析22-24
• 2.4 光伏并网逆变器的控制策略24-26
• 2.4.1 光伏并网逆变器的输出控制模式24-25
• 2.4.2 逆变器输出电流的控制方式25-26
• 2.4.2.1 电流滞环比较方式25-26
• 2.4.2.2 电流定时比较方式26
• 2.4.2.3 三角波比较方式26
• 2.5 光伏并网逆变器的控制方案26-29
• 2.5.1 光伏并网逆变器的电流内环控制28
• 2.5.2 光伏并网逆变器的电压外环控制28-29
• 2.6 本章小结29-31
• 第三章 光伏并网逆变器的硬件设计31-51
• 3.1 系统的构成31-32
• 3.2 开关管的选择32-33
• 3.3 基于DSP的控制电路的设计33-37
• 3.3.1 DSP时钟电路设计34-35
• 3.3.2 DSP供电电路设计35-36
• 3.3.3 DSP A/D转换电路设计36-37
• 3.4 驱动电路的设计37-41
• 3.4.1 上桥臂驱动器件HCPL-316J37-40
• 3.4.2 下桥臂驱动器件HCPL-J31240-41
• 3.5 采样及保护电路的设计41-49
• 3.5.1 直流母线电压采样及保护电路42
• 3.5.2 电网电压采样及保护电路42-43
• 3.5.3 并网电流采样及保护电路43-45
• 3.5.4 直流分量采样及保护电路45-48
• 3.5.5 漏电流采样及保护电路48-49
• 3.6 本章小结49-51
• 第四章 数字锁相环的研究与实现51-61
• 4.1 锁相环技术的发展51
• 4.2 锁相环的组成和工作原理51-55
• 4.2.1 锁相环的组成51-53
• 4.2.2 锁相环的工作原理53-55
• 4.3 基于TMS320F2812的软件锁相环的实现55-60
• 4.3.1 数字滤波器的选取56
• 4.3.2 IIR数字滤波器设计56-59
• 4.3.3 锁相环的程序实现59-60
• 4.4 本章小结60-61
• 第五章 控制系统的软件设计与实验结果61-71
• 5.1 控制系统的软件设计61-66
• 5.1.1 主程序的设计62-63
• 5.1.2 TMS320F2812的外设配置63-64
• 5.1.3 中断服务程序的设计64
• 5.1.4 数字PI调节器64-66
• 5.2 实验结果66-69
• 5.3 本章小结69-71
• 第六章 总结与展望71-73
• 附录73-79
• 参考文献79-85
• 致谢85-87
• 攻读学位期间发表的学术论文目录87-88
• 学位论文评阅及答辩情况表88

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