基于DSP的光伏并網(wǎng)逆變器研制

【摘要】：當今世界,人口的急劇增加、經(jīng)濟的飛速發(fā)展、城市的現(xiàn)代化建設(shè)都離不開能源,能源的需求也急劇增加,使傳統(tǒng)化石能源的逐漸枯竭,帶來了能源短缺的問題。光伏發(fā)電作為最具發(fā)展?jié)摿Φ目稍偕茉?近年來得到飛速發(fā)展。光伏發(fā)電只有并網(wǎng)才能解決能源緊缺的問題,因此光伏并網(wǎng)發(fā)電成為最主要的研究方向。光伏并網(wǎng)系統(tǒng)有最大功率帶點的跟蹤(MPPT)、并網(wǎng)控制策略和孤島效應(yīng)檢測等技術(shù)難點。本文以這三個技術(shù)為基礎(chǔ)進行了深入分析研究,對基于數(shù)字信號處理器(DSP)控制的單項光伏并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的軟硬件進行了設(shè)計,以開發(fā)出輸電質(zhì)量高、穩(wěn)定性好、安全的小功率單相光伏并網(wǎng)逆變器。首先,介紹了并網(wǎng)逆變器的拓撲結(jié)構(gòu),對比各種結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點,選取了結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)的兩級式非隔離的并網(wǎng)逆變器。前級采用Boost升壓,實現(xiàn)最大功率跟蹤功能;后級采用全橋逆變,實現(xiàn)逆變并網(wǎng)功能。其次,對光伏電池的工作原理和數(shù)學(xué)模型進行了深入分析,并Matlab/Simulink環(huán)境下對其物理模型進行了仿真,得到了光伏電池的輸出特性曲線,并進行了分析。介紹了幾種傳統(tǒng)的最大功率的跟蹤(MPPT)方法的原理和優(yōu)缺點,提出了基于功率預(yù)測的變步長擾動法。第三,介紹了前級Boost的工作原理,并對電感和母線電容的參數(shù)進行了設(shè)計,介紹了功率開關(guān)管的類型及選型,最后對濾波電路類型進行介紹,最終選擇LC濾波電路,并對參數(shù)進行設(shè)計。第四,對并網(wǎng)逆變器的控制策略進行了介紹,對比各種控制方法的優(yōu)缺點,選取了雙環(huán)控制策略,建立了全橋逆變器的數(shù)學(xué)模型,在此基礎(chǔ)上設(shè)計了電流內(nèi)環(huán)補償器、電壓外環(huán)補償器的參數(shù)。為了驗證其可行性,對整個逆變系統(tǒng)在Matlab/Simulink環(huán)境了進行了仿真,給出了仿真結(jié)果。第五,在雙環(huán)控制的基礎(chǔ)上,對單項光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)進行了設(shè)計。確定以TMS320F2812為控制芯片,并對交流采樣電路、IGBT驅(qū)動電路、頻率相位采樣電路進行了設(shè)計,完成整個系統(tǒng)控制程序的編寫。搭建了實物調(diào)試平臺,對單項光伏并網(wǎng)逆變器樣機進行了實時調(diào)試。對其關(guān)鍵環(huán)節(jié)的輸出波形進行了觀察分析,結(jié)果表明該樣機實現(xiàn)了設(shè)計的功能,達到了預(yù)期的目標。 【關(guān)鍵詞】：光伏并網(wǎng)逆變器 最大功率跟蹤 雙環(huán)控制 數(shù)字信號處理器(DSP)
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM615;TM464
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-19
• 1.1 課題背景及研究意義11-13
• 1.1.1 國外光伏發(fā)電的發(fā)展11-12
• 1.1.2 國內(nèi)光伏發(fā)電的發(fā)展12-13
• 1.2 光伏并網(wǎng)發(fā)電的研究現(xiàn)狀13-15
• 1.2.1 最大功率跟蹤方法研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.2 并網(wǎng)控制策略研究現(xiàn)狀14
• 1.2.3 孤島防護14-15
• 1.3 光伏發(fā)電系統(tǒng)的介紹15-17
• 1.3.1 獨立式光伏發(fā)電系統(tǒng)15
• 1.3.2 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)15-17
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容17-19
• 第二章 光伏陣列最大功率點跟蹤方法研究19-31
• 2.1 概述19
• 2.2 光伏電池19-24
• 2.2.1 光伏電池分類19-20
• 2.2.2 光伏電池的數(shù)學(xué)模型20-21
• 2.2.3 光伏電池的輸出特性曲線21-24
• 2.3 經(jīng)典MPPT方法介紹24-27
• 2.3.1 恒電壓控制24
• 2.3.2 擾動觀察法24-25
• 2.3.3 電導(dǎo)增量法25-27
• 2.4 基于功率預(yù)測的變步長擾動法27-30
• 2.5 本章小結(jié)30-31
• 第三章 并網(wǎng)逆變器硬件參數(shù)設(shè)計31-38
• 3.1 前級Boost電路參數(shù)設(shè)計31-33
• 3.1.1 電感L的選取32
• 3.1.2 母線電容C的選取32-33
• 3.2 濾波電路的設(shè)計33-34
• 3.2.1 常用濾波電路分析33
• 3.2.2 LC濾波電路參數(shù)設(shè)計33-34
• 3.3 開關(guān)管的選取34-35
• 3.4 緩沖電路的設(shè)計35-37
• 3.5 本章小結(jié)37-38
• 第四章 雙級并網(wǎng)逆變器及控制策略研究38-52
• 4.1 并網(wǎng)逆變器的控制方式38
• 4.2 逆變器閉環(huán)控制策略38-41
• 4.2.1 逆變器控制方式38-40
• 4.2.2 PID控制40
• 4.2.3 雙環(huán)控制40-41
• 4.2.4 重復(fù)控制41
• 4.2.5 無差拍控制41
• 4.3 電壓電流雙閉環(huán)控制參數(shù)的設(shè)計41-50
• 4.3.1 單項全橋逆變器數(shù)學(xué)模型41-45
• 4.3.2 基于全橋逆變器的電壓電流雙環(huán)模型45-46
• 4.3.3 電流環(huán)參數(shù)的設(shè)計46-47
• 4.3.4 電壓外環(huán)補償器環(huán)參數(shù)設(shè)計47-50
• 4.4 Matlab/Simulink光伏并網(wǎng)系統(tǒng)仿真50-51
• 4.5 本章小結(jié)51-52
• 第五章 光伏并網(wǎng)逆變器的軟硬件設(shè)計52-70
• 5.1 控制芯片選型52-53
• 5.2 輔助電路設(shè)計53-55
• 5.2.1 驅(qū)動電路的設(shè)計53-54
• 5.2.2 采樣電路設(shè)計54-55
• 5.3 軟件的實現(xiàn)55-63
• 5.3.1 主程序流程圖56-57
• 5.3.2 ADC模塊57
• 5.3.3 軟件SPWM的實現(xiàn)57-58
• 5.3.4 數(shù)字鎖相58-60
• 5.3.5 孤島效應(yīng)檢測60-62
• 5.3.6 并網(wǎng)工作流程圖62-63
• 5.4 光伏并網(wǎng)逆變器樣機調(diào)試與分析63-69
• 5.4.1 直流電壓波形64-65
• 5.4.2 驅(qū)動電路波形65-66
• 5.4.3 采集電路和鎖相電路波形66-68
• 5.4.4 逆變輸出與并網(wǎng)實驗波形68-69
• 5.5 本章小結(jié)69-70
• 第六章 總結(jié)與展望70-72
• 6.1 本文的主要成果70
• 6.2 課題研究展望70-72
• 致謝72-73
• 參考文獻73-76
• 附錄76-78

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