基于DSP控制的光伏并网逆变系统

【摘要】：随着人类文明社会与科技的高速发展以及世界人口的不断增多,人类对能源的消耗越来越多。在不久的未来,石油、煤炭等化石能源会被开采完毕。所以如果不开发出新的能源形式,人类将不可避免地面临能源危机。除此之外,在消耗化石能源的同时,由此带来的环境污染的问题也日益凸显,这也最终将会影响到人类的生存条件。所以能源问题和环境问题,已经成为了21世纪全球都必须要严肃面对,且必须要解决的重大问题。 为了解决这个严重的问题,人们必须寻找新的可再生能源。而取之不尽,用之不竭的太阳能正是人类所需的清洁能源。特别是近期日本的福岛核泄漏事件以及国际油价的不断攀升,给太阳能等新能源技术的开发,带来了良好的契机。光伏发电,是利用太阳能的主要形式。而连接光伏发电阵列和电网的光伏并网逆变系统便是整个光伏并网发电系统的关键。光伏并网逆变系统的主要作用是将光伏阵列输出的直流电转换成符合电网要求的交流电以实现光伏阵列的并网。这项技术的深入研究与探索,具有非常大的理论价值和现实意义。 本文将在PSIM9.0基础上,对光伏电池及其并网逆变系统的各部分进行仿真建模,并给出其控制系统的设计方法,着重对光伏电池的最大功率点跟踪以及三相逆变器的空间矢量法控制方式进行了分析研究。在对光伏电池最大功率点跟踪控制中,本文在状态空间平均法基础上,探讨了光伏电池输出功率与其后续电路占空比的关系,进而通过对占空比施加扰动实现了最大功率点的跟踪；在对三相逆变器的开关变量法控制中,本文在瞬时无功功率理论基础上,推导了三相逆变系统的数学模型,并根据此模型搭建了仿真电路,通过判断空间矢量所在扇区以及确定相应空间矢量的作用时间,实现了逆变系统的SVPWM控制。整体的建模设计应使系统具有良好的稳态和动态性能。另外,还应选择合适的LC滤波器,使逆变器的并网电流的总谐波畸变率(THD)符合并网标准。 【关键词】：光伏并网逆变系统 最大功率点跟踪 开关变量法 LC滤波 SVPWM
【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】：TM615
【目录】：

• 摘要9-10
• ABSTRACT10-11
• 符号说明11-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 课题的研究背景12
• 1.2 太阳能开发利用的特点及优势12-13
• 1.3 光伏发电技术的国内外发展状况13-16
• 1.3.1 国外光伏发电发展情况13-14
• 1.3.2 国内发展情况14-16
• 1.4 光伏并网逆变系统概述16-18
• 1.4.1 光伏并网逆变系统分类16-17
• 1.4.2 光伏并网逆变系统的组成及其功能17-18
• 1.5 本文研究的主要内容18-20
• 第2章 光伏电池组件部分及其最大功率点跟踪控制20-31
• 2.1 光伏电池组件部分20-24
• 2.1.1 光伏电池的工作原理20-21
• 2.1.2 光伏电池等效模型的建立21-24
• 2.2 状态空间平均法简介24-26
• 2.3 光伏电池输出功率与占空比的关系26-28
• 2.4 最大功率点跟踪的实现28-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 LC滤波部分和DC/DC部分31-37
• 3.1 LC滤波部分参数选择31-32
• 3.2 DC/DC部分及其控制方式仿真研究32-36
• 3.2.1 DC/DC部分电流环设计33-34
• 3.2.2 DC/DC部分电压环设计34-35
• 3.2.3 仿真研究35-36
• 3.3 本章小结36-37
• 第4章 DC/AC部分(逆变器部分)37-69
• 4.1 逆变器工作原理37-39
• 4.2 三相PWM逆变器的数学模型39-43
• 4.2.1 开关函数的建立39-40
• 4.2.2 坐标变换40-43
• 4.3 锁相环部分43-45
• 4.4 PWM调制方式45-50
• 4.4.1 SPWM调制方式原理45-46
• 4.4.2 SVPWM的空间矢量法调制46-50
• 4.5 SVPWM空间矢量法调制的实现50-58
• 4.5.1 确定扇区50-53
• 4.5.2 确定相应扇区对应空间开关矢量的作用时间53-56
• 4.5.3 开关管控制方法仿真56-58
• 4.6 三相PWM逆变器控制系统设计58-63
• 4.6.1 控制系统结构58-59
• 4.6.2 PI调节器的设计59-63
• 4.7 三相逆变系统仿真研究63-68
• 4.8 本章小结68-69
• 第5章 三相光伏并网逆变系统软硬件设计69-79
• 5.1 硬件电路的设计69-75
• 5.1.1 DSP简介69-70
• 5.1.2 模拟信号的调理电路70-72
• 5.1.3 ADS8364简介及其与TMS320F2812的接口设计72-73
• 5.1.4 DSP电源73-74
• 5.1.5 通讯电路74-75
• 5.1.6 PWM输出及其保护电路75
• 5.2 软件设计75-78
• 5.2.1 主程序的流程图76
• 5.2.2 定时器中断程序流程图76-77
• 5.2.3 ADS8364软件流程图77
• 5.2.4 SVPWM软件设计77-78
• 5.3 本章小结78-79
• 第6章 总结与展望79-81
• 6.1 本文工作总结79
• 6.2 工作展望79-81
• 参考文献81-85
• 致谢85-86
• 学位论文评阅及答辩情况表86

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