光伏独立逆变电源的研究

【摘要】： 近几年来,光伏发电技术有了比较广泛的应用,随着我国新能源法的颁布,光伏发电系统将在我国拥有更加广阔的发展空间。逆变电源是光伏发电系统的重要部件,其性能对光伏独立逆变系统有非常大的影响。目前,国内纯正弦波输出的光伏独立逆变电源主要采用工频变压器升压输出,这种光伏独立逆变电源体积大、笨重、价格也较高,难以适应技术发展和市场需求。为此,本文提出采用“全桥电路+高频升压+全桥逆变”的逆变电源设计方案,有助于降低系统体积并提高系统效率。 本课题针对光伏独立逆变系统的特点,首先对光伏独立逆变系统的方案进行了选择;在系统方案选定的基础上,对光伏独立逆变系统的主要组成部件逆变器和PWM装置建立了数学模型;接着对光伏独立逆变系统的单电压环控制特性和电压电流双闭环控制特性进行了分析,运用连续系统中的工程设计方法,确定了单电压环控制下的电压调节器的传递函数、双闭环控制下的电流电压调节器的传递函数,并按照工程设计法的最佳设计对单电压环控制和双闭环控制下的调节器进行了参数整定;最后运用Matlab对所分析的电流环、电压环进行仿真验证,仿真结果表明,本文设计的电压调节器及电流调节器指标与工程设计法的最佳设计指标基本吻合,并且光伏独立逆变电源的双闭环控制比单电压环控制的稳定性及快速性要好。 通过对光伏独立逆变电源的控制分析得到光伏独立逆变电源的电压电流双闭环控制方案后,本文对整个逆变系统进行了具体的设计。课题选用美国TI公司的数字信号处理器TMS320LF2407芯片作为光伏独立逆变系统的控制核心。在DC-DC升压部分,本课题采用全桥主电路,详细讨论了功率管的选择、高频变压器的设计、整流管等电路元器件的选择;在DC-AC逆变环节,为了产生高质量的正弦输出电压波形,减小输出电压的谐波含量,对逆变电路采用SPWM正弦脉宽调制,在逆变部分电路设计中,本课题采用IPM集成功率模块,简化了驱动电路设计,增加了系统抗干扰能力。由于系统的主要功能都是由DSP通过软件来实现的,大幅度减小了目标系统的体积,增加了系统的可靠性,并具有升级容易、扩展性好、维护性好的优点。 【关键词】：数学模型 调节器 工程设计法 Matlab仿真
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-13
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 国内研究水平和发展趋势10-11
• 1.3 论文研究目标和内容11
• 1.4 论文的框架11-13
• 第2章 光伏独立逆变电源的系统分析13-37
• 2.1 光伏独立逆变系统结构比较13-15
• 2.2 光伏独立逆变系统主要部件的数学模型15-18
• 2.2.1 光伏独立逆变电源的数学模型15-16
• 2.2.2 PWM装置的数学模型16-17
• 2.2.3 反馈及检测滤波环节传递函数17-18
• 2.3 光伏独立逆变电源的控制方法18-20
• 2.4 光伏独立逆变电源的单电压环控制特性20-25
• 2.5 光伏独立逆变电源的电流电压双闭环控制特性25-37
• 2.5.1 电流内环结构选择及仿真26-31
• 2.5.2 电压外环结构选择及仿真31-37
• 第3章 直流升压电路的研究与设计37-47
• 3.1 升压环节电路比较37-39
• 3.2 全桥升压电路分析39
• 3.3 升压环节控制分析39-41
• 3.4 升压环节电路参数选择41-47
• 3.4.1 升压环节开关管频率的选择41
• 3.4.2 升压环节开关管选择41-42
• 3.4.3 升压环节整流器件的选择42-43
• 3.4.4 升压变压器设计43-47
• 第4章 逆变电路的研究与设计47-52
• 4.1 逆变电路分析与设计47
• 4.2 逆变环节控制分析47-49
• 4.3 逆变电路开关器件的选择49-50
• 4.4 电压检测电路设计50-52
• 第5章 光伏独立逆变系统软件设计52-61
• 5.1 系统主程序和初始化子程序53-54
• 5.2 中断服务子程序54-55
• 5.3 双闭环电压电流调节器的DSP实现55-57
• 5.3.1 电流调节器的实现55-56
• 5.3.2 电压调节器的实现56-57
• 5.4 开关管控制信号的DSP生成57-61
• 5.4.1 升压电路控制信号的生成57
• 5.4.2 逆变电路控制信号的生成57-61
• 第6章 总结与展望61-63
• 6.1 设计总结61
• 6.2 展望61-63
• 参考文献63-66
• 致谢66-67
• 攻读研究生期间发表的学术论文67

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