基于STM32的20KW光伏離網(wǎng)逆變器的設計及MPPT技術的研究

【摘要】：隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展,常規(guī)能源大規(guī)模消耗引發(fā)的能源危機和環(huán)境污染日趨嚴重,人類越來越重視對綠色新能源的開發(fā)和利用。其中,太陽能以其清潔、環(huán)保、無污染、取之不盡用之不竭等優(yōu)點而深受人們的青睞。光伏發(fā)電作為太陽能利用的一種重要形式,也得到了迅速的發(fā)展,并成為新能源應用領域的重點研究課題。光伏離網(wǎng)逆變器作為光伏離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中實現(xiàn)電能轉換的核心裝置,對整個系統(tǒng)的效率、穩(wěn)定性及成本具有決定性作用。因此,為提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率、改善其控制能力,研究一種高性能的光伏離網(wǎng)逆變器具有重要意義。 本文圍繞光伏離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的高效率發(fā)電技術和逆變控制技術進行了研究,主要內容如下： (1)研究了單相全橋光伏離網(wǎng)逆變器主電路拓撲結構,詳細分析了全橋逆變電路的工作原理。研究了面積中心等效SPWM控制算法及電壓電流雙閉環(huán)PI控制算法,在此基礎上實現(xiàn)逆變器的穩(wěn)壓控制。 (2)重點研究了光伏陣列的輸出特性、最大功率點跟蹤(MPPT)控制算法和蓄電池充電特性。在對比分析幾種常見MPPT控制算法的基礎上,提出了一種改進型變步長擾動觀察的MPPT控制方法,同時介紹了幾種實現(xiàn)MPPT算法的常用DC/DC變換電路,對Boost變換電路的原理進行了分析,并基于Boost電路建立了改進型變步長擾動觀察法MPPT控制系統(tǒng)的Matlab/Simulink仿真模型,仿真結果表明改進型變步長擾動觀察的MPPT算法能有效地跟蹤太陽能光伏系統(tǒng)的最大功率點,提高了系統(tǒng)動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能;設計了帶MPPT和恒壓充電功能的光伏充電控制器,有效地提高了光伏陣列的利用率并實現(xiàn)了蓄電池充電控制的優(yōu)化。 (3)給出了20KW光伏離網(wǎng)逆變器的主電路元件參數(shù)及部分硬件電路的原理圖設計。 (4)給出了詳細的軟件控制系統(tǒng)設計方案和各功能子模塊的軟件流程圖,重點闡述了帶死區(qū)補償?shù)腄SPWM控制信號、穩(wěn)壓控制及信號檢測的軟件實現(xiàn)方法。 (5)在理論分析和仿真研究的基礎上,研制了基于STM32F103VE的單相20KW光伏離網(wǎng)逆變器樣機,并對其性能進行測試實驗。分析了IGBT驅動波形、空載和帶載情況下輸出電壓的波形,驗證了本文所研究的20KW離網(wǎng)型逆變器的設計方案可行性。 【關鍵詞】：光伏離網(wǎng)逆變器 SPWM MPPT STM32F103VE
【學位授予單位】：廣西師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM464;TM615
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-7
• 目錄7-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 國內外光伏發(fā)電產業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀11-12
• 1.2.1 國外光伏發(fā)電產業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 國內光伏發(fā)電產業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀12
• 1.3 光伏發(fā)電系統(tǒng)概述12-14
• 1.3.1 光伏系統(tǒng)的分類12-13
• 1.3.2 光伏離網(wǎng)逆變器13-14
• 1.4 本文的主要研究內容和工作14-15
• 1.5 論文結構15-16
• 第2章 20KW光伏離網(wǎng)逆變器的拓撲結構及控制策略研究16-23
• 2.1 單相光伏離網(wǎng)逆變器的工作原理16-18
• 2.1.1 單相光伏離網(wǎng)系統(tǒng)的主回路拓撲結構16
• 2.1.2 單相全橋光伏離網(wǎng)逆變器工作狀態(tài)分析16-18
• 2.2 單相光伏離網(wǎng)逆變器的控制策略分析18-22
• 2.2.1 PWM控制的基本原理18-20
• 2.2.2 等面積中心算法20-21
• 2.2.3 雙閉環(huán)PI穩(wěn)壓控制方法21
• 2.2.4 電壓、電流雙閉環(huán)PI穩(wěn)壓控制方法仿真21-22
• 2.3 本章小結22-23
• 第3章 MPPT控制技術的研究及光伏充電控制器的設計23-40
• 3.1 太陽能光伏電池的建模與仿真研究23-26
• 3.1.1 光伏電池的等效模型和輸出特性23-24
• 3.1.2 光伏陣列的Matlab建模與仿真24-26
• 3.2 光伏電池最大功率點跟蹤研究26-34
• 3.2.1 最大功率點跟蹤原理26
• 3.2.2 DC/DC變換電路26-28
• 3.2.3 典型MPPT控制方法的研究28-32
• 3.2.4 改進型變步長擾動觀察的MPPT算法32-33
• 3.2.5 基于Boost電路改進型MPPT算法的Matlab/Simulink建模與仿真33-34
• 3.3 光伏充電控制器的研究與部分設計要點34-39
• 3.3.1 光伏充電控制器的主體設計方案34-35
• 3.3.2 蓄電池的充電特性及充電方法的研究35-36
• 3.3.3 蓄電池充電控制程序設計及PWM控制信號測試36-38
• 3.3.4 光伏充電控制器的MPPT效率測試及分析38-39
• 3.4 本章小結39-40
• 第4章 20KW光伏離網(wǎng)逆變器的硬件設計40-47
• 4.1 20KW光伏離網(wǎng)逆變器技術指標40
• 4.2 光伏離網(wǎng)逆變器總體結構電路40-41
• 4.3 光伏離網(wǎng)逆變器主電路元件參數(shù)設計41-43
• 4.3.1 直流側濾波電容參數(shù)設計41-42
• 4.3.2 功率開關管的設計選擇42
• 4.3.3 輸出端LC濾波電路參數(shù)設計42-43
• 4.4 離網(wǎng)逆變器最小系統(tǒng)主控電路43
• 4.5 逆變器輔助電源電路設計43-44
• 4.6 IGBT驅動電路設計44-45
• 4.7 信號采樣電路設計45-46
• 4.7.1 直流電壓采樣45
• 4.7.2 交流電壓采樣45-46
• 4.7.3 輸出電流采樣46
• 4.8 本章小結46-47
• 第5章 20KW光伏離網(wǎng)逆變器的軟件設計及實驗結果分析47-59
• 5.1 軟件開發(fā)環(huán)境及軟件功能47-48
• 5.2 光伏離網(wǎng)逆變器軟件控制系統(tǒng)總體設計48-49
• 5.3 逆變器系統(tǒng)主循環(huán)模塊49
• 5.4 逆變器系統(tǒng)各中斷服務模塊子程序49-53
• 5.4.1 采樣程序設計49-50
• 5.4.2 生成SPWM程序設計50-52
• 5.4.3 穩(wěn)壓程序設計52
• 5.4.4 故障檢測及處理程序設計52-53
• 5.5 實驗結果及分析53-58
• 5.5.1 IGBT驅動信號分析53-54
• 5.5.2 不同輸入直流母線電壓波動條件下的穩(wěn)壓實驗54-55
• 5.5.3 不同負載輸出電壓實驗55-58
• 5.6 本章小結58-59
• 第6章 總結與展望59-60
• 6.1 總結59
• 6.2 工作展望59-60
• 參考文獻60-63
• 附錄63-64
• 攻讀學位期間參與的課題研究及取得的研究成果64-65
• 致謝65-66

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