小功率光伏并网逆变器的设计

【摘要】： 随着全球能源危机和环境污染问题的日益严重,开发利用清洁的可再生能源势在必行。太阳能是当前世界上最清洁、最现实、最有大规模开发利用前景的可再生能源之一。其中太阳能光伏利用受到世界各国的普遍关注。而太阳能光伏并网发电是太阳能光伏利用的主要发展趋势,必将得到快速的发展。此外,高性能的数字信号处理芯片(DSP)的出现,使得一些先进的控制策略应用于光伏并网逆变器成为可能。本论文就是在此背景下,对太阳能并网发电系统中的核心器件并网逆变器进行了较为深入的研究,以最大限度的利用太阳能,无污染回馈电网为主要目标,采用TI公司生产的TMS320LF2407A进行控制,开展了太阳能并网发电系统的理论和试验研究,具有重要的现实意义。 文章首先分析比较了光伏并网逆变器的各种主电路结构优缺点,提出适合小功率光伏系统的两级式并网结构,并对前级DC-DC电路和后级DC-AC分别进行了电路结构的选择。 分析了光伏并网逆变器的结构和控制策略,本文使用改进的固定频率SPWM电流控制策略,较好地实现了并网逆变器的单位功率因数正弦电流输出控制。本文还使用状态空间平均法对并网逆变器进行了建模分析,然后使用MATLAB中的Simulink工具进行了系统仿真。通过仿真给具体的硬件设计提供了有效的帮助。另外还介绍了两级结构的光伏并网逆变器的最大功率跟踪的实现。 针对上述分析与研究,根据系统的整体控制方案,详细介绍了整个系统的硬件设计和软件设计思想,给出了系统主电路结构及参数选择的设计、控制电路设计以及系统软件设计。为了使输出电流与网压同频同相,本文使用了锁相环技术,并且给出了本文设计的软件锁相环的设计方案和软件流程图。 试验表明:该系统较好的实现了本文提出的控制方案所应完成的各项功能,控制方案简单可行,系统工作稳定可靠,性能良好。 【关键词】：光伏并网 逆变器 最大功率点跟踪(MPPT) 锁相环 状态空间平均法
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要2-3
• ABSTRACT3-8
• 1 引言8-17
• 1.1 课题的研究背景与意义8-10
• 1.1.1 全球能源危机与环境问题8-9
• 1.1.2 太阳能光伏发电的优点9-10
• 1.2 光伏并网发电系统概述10-13
• 1.2.1 光伏并网发电系统的构成及分类10-11
• 1.2.2 光伏并网系统的优缺点11
• 1.2.3 光伏发电系统对并网逆变器的要求11-13
• 1.3 光伏并网发电在国内外的研究现状及发展趋势13-16
• 1.3.1 国外光伏并网发电的发展现状13-15
• 1.3.2 我国光伏发电的前景及技术现状15-16
• 1.4 本论文主要研究的内容16-17
• 2 小功率光伏并网逆变器的总体设计17-25
• 2.1 主电路的拓扑结构17-21
• 2.2 前级DC-DC 升压电路结构的选择21-22
• 2.3 后级DC-AC 逆变电路结构的选择22-23
• 2.4 系统总体方案23-25
• 3 并网逆变器的控制策略及最大功率跟踪25-46
• 3.1 单相光伏并网逆变器的工作原理及控制策略25-30
• 3.1.1 光伏并网逆变器的控制方式25-26
• 3.1.2 光伏并网逆变器的工作原理26-27
• 3.1.3 并网逆变器控制策略研究27-30
• 3.2 基于状态空间平均法的单相光伏并网逆变器建模与仿真30-41
• 3.2.1 状态空间平均法建模30-32
• 3.2.2 半桥单元的状态空间平均法建模32-34
• 3.2.3 单相并网逆变器状态空间平均法建模34-36
• 3.2.4 改进型固定频率电流控制策略工作机理分析36-38
• 3.2.5 基于Simulink 模块的仿真系统38-40
• 3.2.6 仿真结果分析40-41
• 3.3 两级变换结构光伏并网逆变器的最大功率点控制41-44
• 3.3.1 控制系统的总体介绍42
• 3.3.2 最大功率跟踪的具体实现42-44
• 3.4 本章小结44-46
• 4 小功率光伏并网逆变器的硬件设计46-70
• 4.1 光伏并网逆变器的性能条件及总体框图46-47
• 4.1.1 系统技术条件46
• 4.1.2 光伏并网逆变器的系统整体框图46-47
• 4.2 主电路的设计47-58
• 4.2.1 前级DC-DC 变换器的电路设计48-54
• 4.2.2 后级DC-AC 逆变电路的设计54-58
• 4.3 控制电路设计58-68
• 4.3.1 控制芯片TMS320LF2407A DSP 简介58-59
• 4.3.2 TMS320LF2407A 控制板59
• 4.3.3 CPLD 电路设计59-61
• 4.3.4 辅助电源设计61-65
• 4.3.5 采样电路的设计65-67
• 4.3.6 开关管的隔离驱动电路67-68
• 4.4 本章小结68-70
• 5 控制系统软件设计70-80
• 5.1 系统软件的总体设计70-71
• 5.2 系统主程序流程图71-72
• 5.3 锁相环控制72-76
• 5.3.1 软件锁相环的基本原理72-73
• 5.3.2 软件锁相环设计73-76
• 5.4 同步中断子程序76-78
• 5.5 SPWM 脉冲的实现78
• 5.6 控制系统软件抗干扰措施78-79
• 5.7 本章小结79-80
• 6 试验结果及分析80-88
• 6.1 辅助电源的试验80-81
• 6.2 并网逆变器的试验波形及分析81-86
• 6.3 小功率光伏逆变器的实物照片资料86-88
• 7 结论与展望88-91
• 7.1 总结88-89
• 7.2 展望89-91
• 参考文献91-96
• 附录96-97
• 致谢97

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