基于TMS320F2812的光伏逆变器研究

【摘要】： 随着世界经济的发展,人类对能源的需求提出了更多的要求,而能源的紧缺问题也越来越受到人们的关注。因此,风能、太阳能等新兴能源迅速发展。如何更好地对利用风能、太阳能等新能源的问题也受到了人们的关注。而电力电子技术,特别是开关电源技术在新能源的使用中得到了广泛的应用。 本文提出了一种基于全桥变换器的正弦波逆变电源的整体设计方案。文章首先对系统设计中将使用到的DC/DC变换器,DC/AC变换器以及PWM控制技术在理论上进行了深入的研究。并讨论了数字式PID控制算法的实现和在系统中的应用,还针对这种基于全桥变换器的正弦波逆变器提出了一种用一个电压闭环来调节两个控制量的PID算法。 其次,文章设计了基于全桥变换器、全桥逆变器和以DSP为核心的逆变电源控制电路,详细介绍了各相关电路模块的原理与结构。在完成电路参数设计以后,通过使用MATLAB/Simulink软件对整个系统进行了仿真分析。并对系统软件设计的思路与实现方法以及关键程序的流程进行了介绍。 最后,通过系统的带载实验对整套系统软硬件设计的合理性进行了验证。实验结果表明,本文设计的逆变电源硬件电路和软件系统是成功的。 【关键词】：全桥变换器 逆变器 正弦脉宽调制 PID算法
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-13
• 1 绪论13-22
• 1.1 课题研究的背景和意义13-14
• 1.1.1 我国的能源与环境问题13-14
• 1.1.2 太阳能利用的优势14
• 1.2 太阳能光伏发电的现状和前景14-17
• 1.2.1 我国光伏发电的现状和发展趋势15-16
• 1.2.2 国外光伏发电的现状及前景16-17
• 1.3 光伏发电系统简介17-19
• 1.3.1 独立运行光伏发电系统18
• 1.3.2 并网光伏发电系统18-19
• 1.3.3 混合型光伏发电系统19
• 1.4 本文的主要研究内容19-20
• 1.5 本文的结构20-21
• 1.6 本章小结21-22
• 2 光伏逆变系统概述22-33
• 2.1 逆变系统的基本结构22-24
• 2.1.1 输入电路22-23
• 2.1.2 输出电路23
• 2.1.3 控制电路23
• 2.1.4 辅助电源23-24
• 2.1.5 保护电路24
• 2.2 主电路构成——DC/DC 变换器24-28
• 2.2.1 桥式变换器拓扑概述25
• 2.2.2 半桥变换器拓扑25-26
• 2.2.3 全桥变换器拓扑基本原理26-28
• 2.3 主电路构成——DC/AC 逆变器28-32
• 2.3.1 电压型逆变器和电流型逆变器29-31
• 2.3.2 单级逆变器和内高频环逆变器31-32
• 2.4 本章小结32-33
• 3 光伏逆变器主电路设计33-60
• 3.1 主电路器件的选型33-46
• 3.1.1 高频变压器的特点33-34
• 3.1.2 高频变压器的磁芯的选择34-38
• 3.1.3 开关器件的选择38-39
• 3.1.4 MOSFET 驱动器的选择39-41
• 3.1.5 MIC4422 概述41-42
• 3.1.6 逆变器主电路参数设计和器件选型42-43
• 3.1.7 三菱PS21865 概述43-46
• 3.2 主电路及外围控制电路设计46-54
• 3.2.1 DC/DC 变换器的MOSFET 驱动46-47
• 3.2.2 DC/DC 输出电压采样模块47-48
• 3.2.3 DC/DC 变换器过压欠压保护电路设计48-49
• 3.2.4 DC/AC 逆变器——PS21865 的接口电路49-50
• 3.2.5 DC/AC 逆变器——PS21865 的保护电路50-53
• 3.2.6 DC/AC 逆变器——电压、电流检测电路53-54
• 3.3 DSP 控制器外围电路设计54-59
• 3.3.1 电源电路54-55
• 3.3.2 时钟电路55
• 3.3.3 复位电路55-56
• 3.3.4 串行通信接口电路56-57
• 3.3.5 键盘接口电路57
• 3.3.6 液晶显示接口电路57-59
• 3.4 本章小结59-60
• 4 光伏逆变系统仿真分析60-70
• 4.1 DC/DC 全桥电路的仿真分析60-66
• 4.1.1 开环DC/DC 全桥电路的仿真60-63
• 4.1.2 闭环DC/DC 全桥电路的仿真63-66
• 4.2 DC/AC 逆变电路的仿真分析66-68
• 4.2.1 逆变电路仿真66-67
• 4.2.2 调制比M 与输出电压的关系67-68
• 4.3 本章小结68-70
• 5 逆变电源控制系统软件设计70-86
• 5.1 控制软件系统概述70
• 5.2 主要算法概述70-78
• 5.2.1 规则采样法70-73
• 5.2.2 PID 算法73-77
• 5.2.3 双电压闭环控制算法77-78
• 5.3 软件模块概述78-82
• 5.3.1 逆变全桥控制模块78-80
• 5.3.2 DC/DC 全桥变换器控制模块80-81
• 5.3.3 逆变主电路保护程序模块81
• 5.3.4 键盘与液晶显示程序模块81-82
• 5.4 逆变电源控制系统软件流程82-84
• 5.4.1 主程序流程82-83
• 5.4.2 中断服务程序流程图83-84
• 5.5 本章小结84-86
• 6 实验结果与分析86-93
• 6.1 控制信号输出实验86-88
• 6.1.1 DC/DC 全桥变换器的控制信号86-87
• 6.1.2 DC/AC 逆变的控制信号87-88
• 6.2 带载PWM 逆变实验88-92
• 6.2.1 DC/DC 全桥部分88-90
• 6.2.2 DC/AC 逆变部分90-92
• 6.3 本章小结92-93
• 7 结论93-95
• 7.1 总结93-94
• 7.2 展望94-95
• 参考文献95-98
• 附录一 DC/DC 主电路原理98-99
• 附录二 DC/AC 主电路原理图99-100
• 附录三 光伏逆变器硬件实物图100-101
• 致谢101-102
• 攻读学位期间发表的学术论文102

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