单相数控光伏并网发电系统的研究

【摘要】： 全球能源危机的日益加剧,太阳能作为一种取之不尽用之不竭的可再生能源,近几年得到了广泛的应用。随着煤、石油、天然气等能源的紧缺,环境污染等问题的日益加剧,太阳能并网发电技术已成为各国研究的热点。 随着数字信号处理器的出现和迅速发展,数字控制系统的抗干扰能力强、控制规律灵活、通用性强、可实现先进的控制算法以及实时控制的优点使其成为现代电力电子技术发展的方向之一。本文设计了基于DSP(TMS320F2812)控制的光伏并网发电系统。 本文在分析当前国内外光伏发电的发展与现状的基础上,以单相光伏并网发电系统作为研究对象,对单相光伏并网发电系统的有关技术问题:最大功率跟踪方法、孤岛检测技术、并网系统的拓扑结构、控制策略以及软硬件电路设计等方面作了分析和研究。 光伏并网发电系统的核心是并网逆变器的设计。本文系统采用双级式结构:前级DC/DC,实现功率变换,为后级逆变提供稳定的电压;后级DC/AC,实现光伏发电逆变成交流电馈入电网。为克服前级转换效率低的缺点,DC/DC采用LLC谐振变换器,该变换器可以实现原边开关管的ZVS开通,副边整流管的ZCS关断,从而提高系统前级的转换效率,为后级DC/AC提供了稳定的能量。DC/AC采用SPWM驱动控制,并网电流控制是设计的重点,通过检测电网电压的过零点来实现并网电流与电网电压的同频同相。最后设计了功率为500W的光伏并网系统,完成了硬件设计、调试和部分控制软件编写,给出了系统仿真结果和部分实验波形,初步验证了系统设计的正确。 【关键词】：光伏并网发电 最大功率跟踪 孤岛检测 LLC变换器 并网电流 过零检测
【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】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-14
• 第一章 绪论14-20
• 1.1 课题研究的目的及意义14-15
• 1.1.1 太阳能光伏发电的目的意义14
• 1.1.2 光伏并网发电的研究14-15
• 1.2 光伏并网发电在国内外研究现状15-16
• 1.2.1 国外光伏并网逆变器的研究现状15-16
• 1.2.2 国内光伏并网逆变器的研究现状16
• 1.3 光伏并网系统的介绍16-18
• 1.3.1 光伏并网系统的分类16-17
• 1.3.2 光伏并网系统的拓扑17-18
• 1.4 主要研究内容18-20
• 第二章 LLC 谐振变换器20-34
• 2.1 LLC 主电路的结构20-21
• 2.2 LLC 谐振变换器的工作原理21-24
• 2.3 LLC 谐振变换器的稳态特性分析24-29
• 2.3.1 基于FHA 的LLC 变换器电路分析24-25
• 2.3.2 LLC 谐振变换器的稳态分析25-27
• 2.3.3 LLC 谐振变换器输入阻抗分析27-28
• 2.3.4 LLC 谐振变换器参数对直流增益影响28-29
• 2.4 LLC 谐振变换器的谐振参数设计29-31
• 2.4.1 设计规格及技术参数29
• 2.4.2 关键参数设计29-31
• 2.5 LLC 谐振变换器仿真分析31-33
• 2.6 本章小结33-34
• 第三章 单相并网逆变器的控制策略34-55
• 3.1 单相并网逆变的总体控制34-35
• 3.1.1 并网逆变控制方式34
• 3.1.2 单相并网逆变主电路拓扑结构34-35
• 3.1.3 单相并网逆变的控制目标35
• 3.2 输出电流控制方式35-37
• 3.2.1 滞环控制电流瞬时值比较方式35-36
• 3.2.2 定时控制的瞬时值比较方式36
• 3.2.3 SPWM 电流跟踪方式36
• 3.2.4 改进的SPWM 电流跟踪方式36-37
• 3.3 单相并网控制系统数学模型37-44
• 3.3.1 单相光伏并网系统逆变输出级37-38
• 3.3.2 逆变环节的传递函数38
• 3.3.3 闭环控制系统PI 参数的整定38-41
• 3.3.4 扰动Unet 对系统的影响及扰动补偿41-43
• 3.3.5 单相并网逆变系统仿真43-44
• 3.4 最大功率跟踪44-48
• 3.4.1 太阳能电池模型44-46
• 3.4.2 最大功率跟踪方法46-48
• 3.5 孤岛效应48-54
• 3.5.1 孤岛效应及危害48
• 3.5.2 孤岛检测的基本方法48-50
• 3.5.3 一种主、被动相结合的检测方法50-54
• 3.6 本章小结54-55
• 第四章 单相并网发电系统的硬件设计55-66
• 4.1 系统总体结构框图55-56
• 4.2 主电路设计56-61
• 4.2.1 LLC 谐振变换器的设计56-58
• 4.2.2 逆变器的设计58-61
• 4.3 控制电路设计61-65
• 4.3.1 LLC 驱动电路61-63
• 4.3.2 IR2110 驱动电路63
• 4.3.3 数字采样调理电路63-65
• 4.4 本章小结65-66
• 第五章 系统软件设计与实验结果66-75
• 5.1 软件设计总体框图66
• 5.2 SPWM 波产生模块66-68
• 5.3 A/D 转换模块68-69
• 5.4 捕获(同步)中断模块69-70
• 5.5 最大功率跟踪控制70-71
• 5.6 部分实验波形71-74
• 5.6.1 L6599 驱动波形71-72
• 5.6.2 采样电路波形72
• 5.6.3 PWM 控制波形72-73
• 5.6.4 IR2110 驱动波形73
• 5.6.5 过零点检测和电感电流波形73-74
• 5.7 本章小结74-75
• 第六章 总结与展望75-76
• 6.1 本文的主要工作75
• 6.2 进一步的工作展望75-76
• 参考文献76-79
• 致谢79-80
• 硕士期间发表论文、参与的科研项目及获得荣誉80-81
• 附录 1:系统控制电路81

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