基于DSP控制的光伏逆变器研究

【摘要】：随着化石能源的枯竭以及由此带来的生态环境的不断恶化,可再生清洁型能源越来越受到世界各国的强烈关注,人们都在积极寻求解决人口日益增长与能源日益短缺矛盾的更为有效的方法。资源的紧缺和能源成本的持续增长使得众多国家将目光转向了新能源。太阳能取之不尽,用之不竭,清洁安全,不管从资源的数量、分布的普遍性,还是从清洁性、技术的可靠性来看,太阳能都比其它可再生能源更具有优越性。因此大力深入研究太阳能,对于能源危机的缓解、世界经济的可持续发展、环境保护等方面具有重大的理论和实际意义。 本论文主要以组串型并网逆变器为研究对象,通过分析其工作原理,建立了等效模型,并提出控制策略,最后通过仿真和实验来验证本次设计的正确性和合理性。 首先通过对光伏逆变器的分类的介绍,提出了按逆变器中功率解耦、或直流储能电容的不同位置,可以将光伏发电系统中单相高频链逆变器类型的划分为:中间直流母线功率解耦、直流输入端功率解耦、及无功率解耦环节这种划分方式。并引出本次设计所采用的逆变器类型为中间直流母线功率解耦的逆变器,提出了采用的结构为两级式——前级DC/DC变换器为推挽拓扑,后级DC/AC逆变器采用全桥拓扑,并分析了前后级的工作原理。 研究了光伏电池的输出特性,并建立了其等效模型。根据光伏电池的输出特性,引出MPPT的概念,例举出常用的MPPT控制算法,着重介绍了本系统采用的算法——自适应变步长扰动观察法,并通过仿真验证了此方法的有效性和合理性。 通过分析建立了系统前后级的小信号模型,并提出了对应的控制策略,前级采用平均电流模式实现双环控制,具有改善系统动态响应、提高稳定性的优点,后级采用电网电压前馈的电流型控制,消除了电网电压对电感电流的影响,实现了高功率因数的并网控制,最后通过频域仿真对控制系统的性能进行了验证。 接着给出了基于TI公司的DSP数字信号处理器TMS320F2812的光伏逆变系统的具体实现过程,包括硬件部分和软件部分。硬件介绍了系统的具体参数指标和要求,并给出了关键元器件的参数计算和选择方法,并详细介绍了主电路、采样电路、控制电路、驱动电路和保护电路的原理;软件部分则介绍了主要的控制流程,重点分析介绍了锁相环(PLL)和反孤岛效应的实现方法。在以上设计的基础上,通过时域仿真和实验来对整个系统进行了验证,实验结果表明,设计的系统可获得稳定的正弦波输出,而且输出波形畸变率小,功率因数高。 论文最后总结了此次研究的结论和成果,指出了其中存在的问题,并对今后的工作做了展望。 【关键词】：光伏逆变 MPPT PLL 数字信号处理器(DSP)
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 太阳能是未来能源发展的方向11
• 1.2 国内外研究现状和发展趋势11-14
• 1.2.1 国内外光伏逆变器研究现状11-13
• 1.2.2 国内外光伏逆变器发展趋势13-14
• 1.3 太阳能光伏发电系统简介14-18
• 1.3.1 光伏发电原理14-15
• 1.3.2 光伏发电系统的分类和组成15-18
• 1.4 本文的研究内容和任务18-20
• 第二章 光伏逆变系统方案设计20-30
• 2.1 光伏逆变器的拓扑结构20-23
• 2.1.1 中间直流母线功率解耦的高频链逆变器20-21
• 2.1.2 直流输入端功率解耦的高频链逆变器21-22
• 2.1.3 无功率解耦环节高频链逆变器22-23
• 2.2 系统的结构和工作原理23-29
• 2.2.1 前级推挽变换器工作原理23-27
• 2.2.2 后级全桥逆变器工作原理27-29
• 2.3 本章小结29-30
• 第三章 光伏逆变系统的最大功率跟踪30-39
• 3.1 太阳能电池30-33
• 3.2 最大功率点跟踪原理33
• 3.3 本文采用的MPPT 控制算法33-36
• 3.4 MPPT 仿真分析36-38
• 3.4.1 太阳能光伏电池模型的仿真36-37
• 3.4.2 自适应变步长扰动观察法的仿真37-38
• 3.5 本章小结38-39
• 第四章 光伏逆变系统建模和控制策略研究39-60
• 4.1 前级DC/DC 变换器控制方案39-50
• 4.1.1 前级推挽变换器的建模39-43
• 4.1.2 前级推挽变换器的控制策略43-47
• 4.1.3 DC/DC 变换器的仿真研究47-50
• 4.2 后级DC/AC 控制方案50-59
• 4.2.1 逆变器的建模及其控制策略50-53
• 4.2.2 逆变器并网控制方案53-54
• 4.2.3 电网电压前馈的电流控制54-57
• 4.2.4 电网电压前馈的电流控制的仿真研究57-59
• 4.3 本章小结59-60
• 第五章 光伏逆变系统的实现60-80
• 5.1 系统硬件设计60-75
• 5.1.1 系统总体结构及技术指标60-61
• 5.1.2 主电路器件的选择61-69
• 5.1.3 系统硬件电路设计69-75
• 5.2 系统软件设计75-79
• 5.3 本章小结79-80
• 第六章 实验结果与分析80-83
• 6.1 实验结果与分析80-82
• 6.2 本章小结82-83
• 结论与展望83-85
• 参考文献85-87
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果87-88
• 致谢88-89
• 附件89

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