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家用型光伏逆變系統(tǒng)的設(shè)計與研究

來源:論文學(xué)術(shù)網(wǎng)
時間:2024-08-19 04:13:37
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家用型光伏逆變系統(tǒng)的設(shè)計與研究【摘要】:在常規(guī)能源逐步枯竭以及全球環(huán)境污染嚴(yán)重的形勢下,太陽能作為一種綠色可再生資源,具備清潔環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、儲備量大等優(yōu)點得到極大的開發(fā)與利用。太陽能

【摘要】:在常規(guī)能源逐步枯竭以及全球環(huán)境污染嚴(yán)重的形勢下,太陽能作為一種綠色可再生資源,具備清潔環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、儲備量大等優(yōu)點得到極大的開發(fā)與利用。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用太陽能電池板的光伏效應(yīng),將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能的一種新型發(fā)電系統(tǒng)。在這一背景下,本文研究一套適用于家用小功率電器工作的太陽能光伏逆變系統(tǒng),推進(jìn)光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用到居民家居生活中,從根源上緩解能源需求問題。 該系統(tǒng)采用意法半導(dǎo)體公司推出的stm32f103VC芯片作為主控制器,其逆變器主回路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用DC-AC-DC-AC多級拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),由前級全橋變換器、高頻升壓變壓器、橋式整流濾波器、后級全橋變換器組成。與傳統(tǒng)逆變器主回路控制思路不同,前級全橋變換器通過SPWM波(Sinusoidal PWM,正弦脈寬調(diào)制)控制實現(xiàn)逆變轉(zhuǎn)換為只包含正半周的正弦波,后級全橋變換器作為頻率翻轉(zhuǎn)開關(guān)重塑前級輸出波形生成完整的正弦波交流電。 本文光伏逆變系統(tǒng)的設(shè)計主旨是將其應(yīng)用推廣到家居生活中。整個系統(tǒng)的功能是將太陽能電池板輸出直流電儲存于12V蓄電池轉(zhuǎn)換為220V/50HZ適用于家用小電器工作的正弦交流電。主要展開以下工作: (1)深入分析介紹光伏逆變器的現(xiàn)有幾種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),詳盡的討論了雙端功率變換器(推挽變換器、全橋變換器、半橋變換器)三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的工作原理并進(jìn)行了性能對比,本文的設(shè)計中將采用全橋變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu); (2)分析光伏逆變器控制策略中的SPWM各類控制算法,規(guī)則采樣、不規(guī)則采樣法、等效面積法,都需要計算出基準(zhǔn)正弦調(diào)制波的值,數(shù)學(xué)模型比較繁瑣。在傳統(tǒng)設(shè)計的逆變電源中通常選用查表法,該法在實際運用過程中可靠性高,性能比較好。分析了充電控制模塊的最大功率點跟蹤算法(Maximum Power Point Tracking,MPPT),比較恒壓法和擾動觀察法的性能,最后采用了擾動觀察法。 (3)逐步重點簡述本文軟硬件設(shè)計的核心部分。硬件部分充電控制模塊采用BuckDC/DC轉(zhuǎn)換器對蓄電池自適應(yīng)充電,系統(tǒng)功率主回路中高頻變壓器、高壓工作區(qū)往往會產(chǎn)生大量的干擾信號,串入微控制電路中嚴(yán)重影響信號的處理甚至于將其燒毀。為了能精確處理控制各模塊電路的波形信號,引入比較巧妙的方法便是將高壓、低壓控制區(qū)分離成兩模塊。為了有效利用太陽能,提高系統(tǒng)效率,軟件部分采用最大功率跟蹤技術(shù)使太陽能電池板工作在最大功率范圍內(nèi); (4)通過搭建實驗平臺進(jìn)行現(xiàn)場運行測試檢驗本文的研究,整理總結(jié)測試過程中遇到的各類問題,進(jìn)行分析解決。 【關(guān)鍵詞】:光伏發(fā)電技術(shù) 光伏逆變系統(tǒng) stm32f103VC 逆變主拓?fù)浠芈?/strong>
【學(xué)位授予單位】:浙江師范大學(xué)
【學(xué)位級別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2013
【分類號】:TM464;TM615
【目錄】:
  • 摘要3-5
  • ABSTRACT5-9
  • 1 緒論9-15
  • 1.1 光伏逆變器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-12
  • 1.1.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀9-10
  • 1.1.2 國外研究現(xiàn)狀10-12
  • 1.2 課題的研究意義12-13
  • 1.3 本課題研究的主要內(nèi)容13-15
  • 2 家用型光伏逆變系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)15-22
  • 2.1 光伏逆變器按照變壓器結(jié)構(gòu)分類類型15-16
  • 2.2 光伏逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)類型16-20
  • 2.3 本章小結(jié)20-22
  • 3 家用型光伏逆變系統(tǒng)的控制策略22-34
  • 3.1 正弦脈寬調(diào)制(SPWM)技術(shù)22-29
  • 3.1.1 SPWM硬件電路控制方式22-24
  • 3.1.2 SPWM軟件數(shù)字化控制方式24-25
  • 3.1.3 SPWM常見實時計算生成法25-29
  • 3.1.4 SPWM波脈寬值與逆變器輸出電壓的關(guān)系29
  • 3.2 最大功率點跟蹤算法29-33
  • 3.2.1 太陽能電池的基本原理與特性介紹29-31
  • 3.2.2 MPPT常用算法31-33
  • 3.2.3 MPPT算法性能比較33
  • 3.3 本章小結(jié)33-34
  • 4 家用型光伏逆變系統(tǒng)的硬件設(shè)計34-53
  • 4.1 光伏逆變系統(tǒng)整體硬件方案的設(shè)計34-35
  • 4.2 MPPT(最大功率跟蹤)充電控制器的設(shè)計35-38
  • 4.2.1 Buck DC/DC降壓型電路36-37
  • 4.2.2 光伏電壓、電流采樣電路設(shè)計37-38
  • 4.3 光伏逆變系統(tǒng)功率主回路的設(shè)計38-44
  • 4.3.1 輸出濾波電路參數(shù)整定40-43
  • 4.3.2 整流電路43
  • 4.3.3 DC-AC全橋變換器的設(shè)計43-44
  • 4.4 光伏系統(tǒng)控制電路的設(shè)計44-48
  • 4.4.1 stm32f103VC微控制器簡介45-47
  • 4.4.2 stm32f103VC微控制系統(tǒng)的設(shè)計47
  • 4.4.3 驅(qū)動電路的設(shè)計47-48
  • 4.5 系統(tǒng)的保護(hù)方案設(shè)計48-51
  • 4.5.1 低壓、高壓模塊隔離48-49
  • 4.5.2 光電隔離電路的設(shè)計49-50
  • 4.5.3 過載和短路保護(hù)50
  • 4.5.4 過熱保護(hù)50-51
  • 4.5.5 逆變主回路直流母線電壓采樣51
  • 4.6 電源供電電路設(shè)計51-52
  • 4.7 本章小結(jié)52-53
  • 5 家用型光伏逆變系統(tǒng)的軟件設(shè)計53-66
  • 5.1 控制系統(tǒng)的整體軟件方案53
  • 5.2 控制系統(tǒng)軟件開發(fā)環(huán)境53-54
  • 5.3 stm32f103VC定時器模塊介紹54-58
  • 5.4 最大功率跟蹤程序設(shè)計58-59
  • 5.5 充電模式程序設(shè)計59-61
  • 5.6 SPWM波的產(chǎn)生61-64
  • 5.6.1 正弦波表61-62
  • 5.6.2 移相軟件設(shè)計62-63
  • 5.6.3 SPWM波生成63-64
  • 5.7 正弦波的產(chǎn)生64-65
  • 5.7.1 系統(tǒng)功率主回路的軟件控制64-65
  • 5.7.2 正弦波的程序設(shè)計65
  • 5.8 本章小結(jié)65-66
  • 6 系統(tǒng)調(diào)試分析與總結(jié)66-79
  • 6.1 系統(tǒng)調(diào)試環(huán)境66-70
  • 6.2 系統(tǒng)的調(diào)試及結(jié)果70-76
  • 6.2.1 充電控制實驗測試70-72
  • 6.2.2 逆變模塊實驗測試72-76
  • 6.3 系統(tǒng)調(diào)試總結(jié)76-78
  • 6.3.1 系統(tǒng)的典型問題及解決方案76-78
  • 6.3.2 調(diào)試總結(jié)78
  • 6.4 本章小結(jié)78-79
  • 7 總結(jié)和展望79-80
  • 7.1 工作總結(jié)79
  • 7.2 后續(xù)工作展望79-80
  • 參考文獻(xiàn)80-84
  • 附錄Ⅰ 充電控制模塊原理圖84-85
  • 附錄Ⅱ 光伏逆變器低壓控制模塊原理圖85-86
  • 附錄Ⅲ 光伏逆變器高壓控制模塊原理圖86-87
  • 附錄Ⅳ stm32f103VC最小控制系統(tǒng)原理圖87-88
  • 攻讀碩士學(xué)位期間取得成果88-89
  • 致謝89-91


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