500W光伏并网逆变器的设计

【摘要】： 21世纪以来,能源危机和环境污染正逐渐成为困扰世界各国的两大难题。为了现代社会的可持续发展,可再生能源的开发与利用正越来越被人类所重视。作为无污染的绿色能源之一的太阳能,正逐渐从替代能源向基础能源迈进。光伏并网发电作为太阳能光伏利用的主要形式,必将得到迅速的发展。 本论文在此背景下,对太阳能并网发电系统中的核心部件—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Infineon公司生产的XE164F单片机进行控制,开展了太阳能并网发电系统的理论和实验研究,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主电路结构和控制策略,确定本文所设计的单相光伏并网逆变器采用两级不隔离式并网结构并分析了系统所采用的两级控制策略;其次,分析了太阳能电池的模型及输出特性,比较了几种常用的最大功率点跟踪(MPPT)控制方法,确定本文采用了一种变步长扰动观察法进行MPPT,并且针对本文所设计的两级结构的并网逆变器提出了MPPT控制的实现过程;然后,分析了产生孤岛效应的原因,说明了它的危害和添加反孤岛效应保护的必要性,分别对孤岛效应的主动和被动检测法进行了介绍,针对传统带正反馈主动频率偏移(AFDPF)孤岛检测方法的缺陷和我国电网的实际运行情况,采用了一种周期扰动AFDPF方法进行孤岛检测。 根据系统的整体控制方案,本文最后给出了光伏并网逆变器的完整设计,详细介绍了整个系统的硬件设计以及软件设计思想,给出了系统主电路中重要参数的选择和设计,以及变换器关键的驱动电路、采样电路和保护电路的设计,同时给出了整个系统以及各个中断任务的软件流程图。最后试制了一台500W的原理样机,进行了原理验证实验,实验结果验证了本文所设计的光伏并网系统的可行性。? 【关键词】：太阳能 光伏并网逆变器 最大功率点跟踪 孤岛检测 数字控制 光伏系统设计?
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 课题背景13-15
• 1.1.1 全球能源危机与环境问题13
• 1.1.2 太阳能光伏发电的优点13-14
• 1.1.3 国内外光伏发电现状和趋势14-15
• 1.2 光伏发电系统构成及关键技术15-19
• 1.2.1 光伏发电系统的构成与分类15-18
• 1.2.2 光伏并网逆变器的关键技术18-19
• 1.3 课题研究内容19-21
• 第二章 系统总体设计及工作原理21-29
• 2.1 系统总体设计21-25
• 2.1.1 并网逆变器的选择21-22
• 2.1.2 并网逆变器的主电路结构22-25
• 2.1.3 系统总体方案25
• 2.2 系统工作原理25-28
• 2.2.1 前级Boost 电路的工作原理25-27
• 2.2.2 后级单相全桥逆变器的工作原理27
• 2.2.3 并网逆变的电流跟踪控制方式27-28
• 2.3 本章小结28-29
• 第三章 太阳能光伏阵列的最大功率点跟踪29-44
• 3.1 光伏电池的原理与输出特性29-34
• 3.1.1 光照强度对光伏电池输出的影响30
• 3.1.2 温度对光伏电池输出的影响30-31
• 3.1.3 负载阻抗对光伏电池的影响31
• 3.1.4 光伏电池的等效电路和数学模型31-32
• 3.1.5 光伏电池在MATLAB 中的仿真模型32-34
• 3.2 最大功率点跟踪方法的比较分析34-39
• 3.2.1 恒定电压法35
• 3.2.2 扰动观察法35-37
• 3.2.3 电导增量法37-38
• 3.2.4 开路电压法38-39
• 3.2.5 其他MPPT 方法39
• 3.3 变步长扰动观察法的实现39-41
• 3.4 两级结构光伏并网逆变器的系统控制方法41-43
• 3.5 本章小结43-44
• 第四章 光伏并网系统的孤岛效应检测方法的研究44-60
• 4.1 孤岛效应及其危害44
• 4.2 孤岛效应检测的标准44-45
• 4.3 并网系统孤岛形成时等效模型45-47
• 4.4 常用孤岛检测方法比较47-53
• 4.4.1 被动法检测孤岛效应47-49
• 4.4.2 主动法检测孤岛效应49-52
• 4.4.3 其它方法检测孤岛效应52-53
• 4.5 周期扰动AFDPF 方法的研究53-59
• 4.5.1 AFD 方法的缺陷53-55
• 4.5.2 周期扰动AFDPF 方法的实现55-59
• 4.6 本章小结59-60
• 第五章 基于XE164F 的单相光伏并网逆变器软硬件设计60-78
• 5.1 系统技术条件60
• 5.2 硬件电路设计60-68
• 5.2.1 Boost 电路主要参数设计60-62
• 5.2.2 逆变器主要参数设计62-65
• 5.2.3 并网侧交流电流采样电路65-66
• 5.2.4 电网电压相位采样电路66
• 5.2.5 保护电路66-67
• 5.2.6 MOS 管驱动电路67-68
• 5.3 系统软件设计68-77
• 5.3.1 Infineon 公司XE164F 单片机简介68-69
• 5.3.2 系统软件的总体设计69-71
• 5.3.3 MPPT 控制T1 中断子程序71
• 5.3.4 前级T13 周期中断子程序71-72
• 5.3.5 后级T12 周期中断子程序72-75
• 5.3.7 数字PI 环子程序75-76
• 5.3.8 故障处理子程序76-77
• 5.3.9 软件抗干扰措施77
• 5.4 本章小结77-78
• 第六章 系统仿真与实验78-89
• 6.1 系统的建模与仿真78-83
• 6.2 最大功率点跟踪实验83-85
• 6.3 逆变器并网实验85-86
• 6.4 系统实验86-88
• 6.5 本章小结88-89
• 第七章 总结与展望89-91
• 7.1 本文主要工作89
• 7.2 今后工作展望89-91
• 参考文献91-96
• 致谢96-97
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文97

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