基于DSP的可調(diào)度式光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的研究

【摘要】：隨著傳統(tǒng)石化能源的日益枯竭，環(huán)境污染越來越嚴(yán)重，尋找新的可代替的清潔可再生能源已經(jīng)越來越必要。特別是最近隨著人們意識到身邊PM2.5對人體危害的嚴(yán)重性時，盡快解決清潔能源的問題已經(jīng)成為全社會的共識。各種新型可再生能源已經(jīng)在世界范圍內(nèi)被迅速推廣。而太陽能產(chǎn)業(yè)以其適用范圍廣的優(yōu)勢近幾年發(fā)展尤其迅速，可以預(yù)見不久的未來，太陽能技術(shù)及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展會迅速成熟并在能源使用中占很大比例。光伏發(fā)電技術(shù)起初由于技術(shù)的限制只用于偏遠地區(qū)進行獨立發(fā)電，但由于獨立供電系統(tǒng)總體需求量較小，要想讓太陽能代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源必須將太陽能發(fā)電并入電網(wǎng)。因此，研究并網(wǎng)式的光伏發(fā)電系統(tǒng)使其運行更穩(wěn)定、效率更高，成本更低顯的越來越重要。本文主要研究可調(diào)度式光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)，主要有以下幾項內(nèi)容： 分析了當(dāng)前的能源形勢，明確了發(fā)展光伏產(chǎn)業(yè)的必要性，并介紹了當(dāng)前國內(nèi)外的光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展情況及光伏系統(tǒng)的種類和結(jié)構(gòu)。理論上分析了由充放電電路和蓄電池構(gòu)成的功率平仰系統(tǒng)的參數(shù)要求及各項性能。并通過仿真軟件模擬了各種不同的天氣狀況，在不同狀態(tài)下驗證了此系統(tǒng)工作性能的可靠性。理論上對并網(wǎng)逆變器輸出的三相電壓及三相電流在不同坐標(biāo)系下進行坐標(biāo)變換，并利用前饋解耦的方法實現(xiàn)對逆變器輸出電流在兩相坐標(biāo)系下的獨立控制，通過軟件在不同的給定電流下進行仿真，驗證了理論的可靠性。分析了基于坐標(biāo)變換的三相軟件鎖相環(huán)的原理，通過軟件進行仿真驗證了其鎖相的可靠性。并根據(jù)實際硬件情況決定采用過零檢測法結(jié)合三相軟件鎖相環(huán)的方法實現(xiàn)并網(wǎng)電壓的定向。重點對孤島檢測方法進行了分析并對相關(guān)參數(shù)進行了改進。提出利用主動移相式方法并對傳統(tǒng)的相位擾動參數(shù)進行了改進并通過仿真軟件進行了驗證。 本文的實驗是在兩級式光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)在基礎(chǔ)上完成的。在實驗平臺的搭建上，選擇TI公司的TMS320F2812作為控制芯片，以它為核心搭建了包含信號采集電路、信號調(diào)理電路、驅(qū)動電路等外圍電路組成控制電路，搭建了由IPM、隔離變壓器、整流橋等電路構(gòu)成的主電路。從而構(gòu)成了完整的逆變系統(tǒng)。按照預(yù)先提出的控制方案編寫DSP程序，從而為實驗調(diào)式提供了軟件與硬件的支持。 根據(jù)所搭建的硬件平臺及軟件程序結(jié)合進行調(diào)試，本文主要進行了了并網(wǎng)電流的閉環(huán)控制實驗及孤島檢測實驗，并采集了相關(guān)的波形。實驗結(jié)果表明，硬件系統(tǒng)能可靠穩(wěn)定運行，所提設(shè)計方案合理有效。其中，電流閉環(huán)控制反應(yīng)迅速且并網(wǎng)電流質(zhì)量較好；孤島檢測性能可靠，實驗結(jié)果滿足相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)。并且在改進參數(shù)后可以有效提高檢測速度，同時與改進前相比對并網(wǎng)電流質(zhì)量影響較小，具有一定的可行性。 【關(guān)鍵詞】：光伏并網(wǎng)逆變器 可調(diào)度 SVPWM 孤島檢測
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM615
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 光伏發(fā)電課題研究的背景和意義11-13
• 1.2 世界范圍內(nèi)光伏技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀13-14
• 1.2.1 國外光伏技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀13-14
• 1.2.2 我國光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀14
• 1.3 光伏發(fā)電系統(tǒng)的分析14-19
• 1.3.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類15-17
• 1.3.2 可調(diào)度式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)17-19
• 1.4 本文主要研究的內(nèi)容19-21
• 第二章 可調(diào)度式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的基本原理21-43
• 2.1 光伏電池的原理及模型21-23
• 2.1.1 光伏電池的原理21
• 2.1.2 光伏電池的電路模型21-23
• 2.2 蓄電池充放電的控制原理與方法23-27
• 2.2.1 蓄電池容量選擇23
• 2.2.2 雙向 DC/DC 變換器的工作原理與參數(shù)設(shè)計23-25
• 2.2.3 功率平仰系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)25
• 2.2.4 系統(tǒng)能量控制策略25-26
• 2.2.5 雙向 DC/DC 變換器控制策略26-27
• 2.3 光伏并網(wǎng)逆變器的控制方法27-36
• 2.3.1 前饋解耦電流控制方法28-31
• 2.3.2 電壓空間矢量技術(shù)的原理與實現(xiàn)31-35
• 2.3.3 三相軟件鎖相環(huán)35-36
• 2.4 孤島檢測方法36-41
• 2.6 本章小結(jié)41-43
• 第三章 可調(diào)度式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)仿真43-55
• 3.1 功率平仰系統(tǒng)的仿真43-47
• 3.2 可調(diào)度式并網(wǎng)逆變器的仿真分析47-53
• 3.2.1 三相軟件鎖相環(huán)的仿真47-48
• 3.2.2 電流閉環(huán)控制及空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)的仿真及分析48-51
• 3.2.3 孤島檢測的仿真及分析51-53
• 3.3 本章小結(jié)53-55
• 第四章 可調(diào)度式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的硬件設(shè)計55-67
• 4.1 可調(diào)度式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖55-56
• 4.2 主控單元56-59
• 4.3 功率模塊59-60
• 4.4 過零檢測電路60
• 4.5 信號檢測電路60-62
• 4.6 驅(qū)動模塊62-64
• 4.7 保護模塊64-66
• 4.8 本章小結(jié)66-67
• 第五章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計67-79
• 5.1 CCS 開發(fā)環(huán)境介紹67
• 5.2 程序整體設(shè)計思路67-68
• 5.3 主程序設(shè)計68-69
• 5.4 子程序設(shè)計69-78
• 5.4.1 捕獲中斷子程序69-70
• 5.4.2 ADC 模塊采樣程序70-71
• 5.4.3 電流閉環(huán)控制程序71-73
• 5.4.4 定時器中斷子程序73-75
• 5.4.5 三相軟件鎖相環(huán)程序75
• 5.4.6 主動移相式孤島檢測算法程序75-76
• 5.4.7 SVPWM 的軟件實現(xiàn)76-77
• 5.4.8 死區(qū)時間設(shè)置77-78
• 5.5 本章小結(jié)78-79
• 第六章 可調(diào)度式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)實驗79-85
• 6.1 過零點檢測實驗79-80
• 6.2 SVPWM 調(diào)制實驗80-81
• 6.3 逆變系統(tǒng)輸出三相電壓與電流的 A/D 采樣81-82
• 6.4 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)實現(xiàn)電流閉環(huán)的控制82-83
• 6.5 孤島檢測的試驗調(diào)試83-84
• 6.6 本章小結(jié)84-85
• 總結(jié)與展望85-87
• 參考文獻87-90
• 致謝90-91
• 作者在攻讀碩士學(xué)位期間的研究成果91

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