基于TMS320LF2401 DSP的光伏并网发电系统的设计

【摘要】： 光伏并网发电是太阳能光伏发电应用发展的趋势,提高转换效率、降低成本是光伏发电技术发展的关键。本文是研究基于TMS320LF2401 DSP芯片控制的并网发电系统,详细介绍了该系统的逆变电路、控制电路等硬件电路的设计及控制方法的选择。 并网逆变器是光伏并网发电系统的重要组成部分,该电路是采用全桥逆变电路,将太阳能电池板输出的直流电压转换成频率为50Hz的正弦电压,再经过电感滤波器和工频变压器将其转换为220V/50Hz的标准正弦波电压并入电网。控制电路的核心是采用TI公司的数字信号控制器TMS320LF2401芯片,采用SPWM控制方式,利用DSP丰富的外围电路和强大的功能实现并网系统的控制和相应的保护功能等。实现了电路结构简单,成本低,工作效率高,可靠性强,稳定性好,并且能够有效地抑制了电压波形中的高次谐波成分等性能。同时,具有最大功率点跟踪和反孤岛效应等功能。 通过样机测试,本系统输出稳定的220V/50Hz正弦交流电压。同时,实现了系统输出的并网电流顺利跟踪电网电压,谐波含量小,动态响应快等性能。 【关键词】：光伏发电 并网逆变器 SPWM控制 MPPT 孤岛检测
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM615
【目录】：

• 中文摘要5-6
• 英文摘要6-10
• 1.绪论10-16
• 1.1 课题研究的背景、目的和意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.2.1 国外研究现状及发展前景11-13
• 1.2.2 国内研究现状及发展前景13-14
• 1.2.3 国内太阳能并网发电系统中需要解决的问题14-15
• 1.3 本课题研究的主要内容15-16
• 2.光伏并网发电系统简介16-19
• 2.1 光伏并网逆变系统概述16-17
• 2.1.1 光伏并网发电系统框图16
• 2.1.2 各主要组成部分的作用16-17
• 2.2 光伏并网发电系统内部结构17-19
• 2.2.1 光伏并网发电系统内部结构组成图17
• 2.2.2 光伏并网发电系统的工作原理17-19
• 3.太阳能光伏组件19-23
• 3.1 太阳能电池发电原理19
• 3.2 太阳能电池的种类19-20
• 3.3 太阳能电池基本性质20-21
• 3.4 太阳能光伏阵列的结构及特性21-23
• 3.4.1 太阳能光伏阵列的结构21-22
• 3.4.2 光伏阵列的特性22-23
• 4.光伏并网发电系统逆变主电路的设计23-36
• 4.1 光伏并网逆变器的概述23-24
• 4.1.1 逆变器的分类23
• 4.1.2 并网逆变器的设计要求23-24
• 4.1.3 光伏并网逆变器的设计规格24
• 4.2 并网逆变器主电路的设计24-26
• 4.2.1 并网逆变器主电路原理图24-25
• 4.2.2 单相全桥并网逆变器的工作特点25-26
• 4.3 逆变器主电路功率器件的选择26-29
• 4.3.1 智能功率器件(IPM)的结构26-27
• 4.3.2 智能功率器件(IPM)的保护功能27-28
• 4.3.3 智能功率器件(IPM)的选用28-29
• 4.4 IGBT栅极驱动电路29-32
• 4.4.1 IGBT栅极驱动电路的要求29
• 4.4.2 CMOS输出接口电路29-30
• 4.4.3 基于DSP的IGBT驱动原理图30-32
• 4.5 EMI滤波电路的设计32-36
• 4.5.1 电磁干扰(EMI)的产生33
• 4.5.2 电磁干扰的耦合途径33
• 4.5.3 电磁干扰(EMI)抑制的方法33-34
• 4.5.4 一种常用的EMI滤波电路34-35
• 4.5.5 本系统中EMI滤波电路的设计35-36
• 5.并网发电系统控制电路设计36-50
• 5.1 并网发电系统控制电路的概述36-37
• 5.1.1 并网发电系统控制电路框图36
• 5.1.2 并网发电系统控制电路工作原理36-37
• 5.2 基于DSP控制系统设计的优势37-41
• 5.2.1 DSP控制器的选择37-39
• 5.2.2 TMS320LF2401 DSP的性能特点39-40
• 5.2.3 选择TMS320LF2401芯片作为控制核心的原因40-41
• 5.3 最大功率跟踪(MPPT)的实现41-47
• 5.3.1 常用的最大功率跟踪法41-42
• 5.3.2 最大功率跟踪的原理42-43
• 5.3.3 最大功率跟踪的实现43-47
• 5.4 控制电路中的其它相关电路47-49
• 5.4.1 辅助电源系统47
• 5.4.2 采样调理电路47-48
• 5.4.3 过零检测电路48-49
• 5.5 并网的同步实现49-50
• 5.5.1 并网运行的条件49
• 5.5.2 并网的同步实现49-50
• 6.控制系统软件设计50-62
• 6.1 PWM控制原理50-52
• 6.1.1 PWM变换技术的基本原理50
• 6.1.2 TMS320LF2401内嵌的有关PWM的硬件资源50-52
• 6.2 基于TMS320LF2401 DSP多种PWM的实现52-54
• 6.2.1 利用EV中的通用定时器GP产生PWM52
• 6.2.2 利用EV中的全比较器模块产生PWM52-53
• 6.2.3 利用全比较器的PWM工作模式53-54
• 6.3 利用TMS320LF2401 DSP实现SPWM控制54-59
• 6.3.1 单极性SPWM变换的基本原理54-56
• 6.3.2 双极性SPWM变换的基本原理56-57
• 6.3.3 利用TMS320LF2401实现SPWM控制57-59
• 6.4 SPWM调制下滤波器的设计59-60
• 6.5 软件程序流程图设计60-62
• 7.太阳能光伏并网系统的孤岛效应及检测62-65
• 7.1 孤岛效应及其负面影响62
• 7.2 孤岛检测标准62-63
• 7.2.1 电压和频率触发标准62-63
• 7.2.2 孤岛分析模型63
• 7.3 本设计所采用的孤岛检测方法63-65
• 7.3.1 孤岛检测方法63-64
• 7.3.2 本系统的孤岛检测法64-65
• 8.系统仿真结果65-66
• 9.结束语66-67
• 10.致谢67-68
• 11.参考文献68-69

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