基于DSP的三相光伏并網(wǎng)逆變器的控制算法研究及實(shí)現(xiàn)

【摘要】：隨著能源危機(jī)的日益凸顯,化石能耗污染的日益加重,具有可持續(xù)發(fā)展、資源豐富等優(yōu)勢的太陽能逐漸受到重視。光伏并網(wǎng)發(fā)電是太陽能有效利用的方式之一,其關(guān)鍵技術(shù)也成為國內(nèi)外研究的重點(diǎn)方向。單級式光伏并網(wǎng)逆變器具有拓?fù)浜唵?、能量轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于光伏并網(wǎng)發(fā)電中。 本文以三相單級隔離式光伏并網(wǎng)逆變器為研究對象,根據(jù)電路結(jié)構(gòu)建立其數(shù)學(xué)模型,深入分析工作原理,利用前饋解耦并網(wǎng)控制策略建立了同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的雙閉環(huán)控制系統(tǒng),并分析了并網(wǎng)控制實(shí)現(xiàn)的原理。 對于光伏并網(wǎng)關(guān)鍵性技術(shù)空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)和鎖相環(huán)(PLL),本文介紹了二者的基本原理,重點(diǎn)闡述了SVPWM的七段式組合工作方式的特點(diǎn)和數(shù)字實(shí)現(xiàn)步驟,并在MATLAB中對SVPWM和SPWM進(jìn)行仿真對比,結(jié)果驗(yàn)證了SVPWM的優(yōu)越性,然后根據(jù)鎖相環(huán)實(shí)現(xiàn)原理分析了同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下三相鎖相環(huán)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,設(shè)計(jì)了軟件鎖相環(huán)(SPLL)系統(tǒng),從穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)誤差角度驗(yàn)證了系統(tǒng)性能,建立仿真模型并模擬電網(wǎng)容易發(fā)生的故障情況,仿真結(jié)果驗(yàn)證了SPLL系統(tǒng)具有快速的響應(yīng)能力。 在MATLAB/SIMUlink中設(shè)計(jì)搭建了三相并網(wǎng)逆變系統(tǒng)和光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的仿真模型,仿真結(jié)果驗(yàn)證了控制系統(tǒng)具有有功無功獨(dú)立控制的能力和在不同外界環(huán)境條件突變情況下的最大功率跟蹤能力。并且,在仿真中模擬電網(wǎng)電壓易出現(xiàn)的電壓暫降和周期性諧波擾動,給出的仿真結(jié)果驗(yàn)證了系統(tǒng)有較強(qiáng)的抗電網(wǎng)擾動能力。 基于上述的理論分析和仿真研究,在搭建的以TMS320F2812DSP為主控芯片的單級式光伏并網(wǎng)逆變實(shí)驗(yàn)平臺上進(jìn)行實(shí)際調(diào)試,并給出了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,系統(tǒng)能夠很好地完成電網(wǎng)電壓瞬時(shí)相位捕獲、實(shí)時(shí)脈寬調(diào)制,及正弦電流和單位功率因數(shù)輸出,表明算法實(shí)現(xiàn)的正確性和控制系統(tǒng)的良好控制能力。 【關(guān)鍵詞】：光伏 單級式 并網(wǎng)逆變器 前饋解耦 雙閉環(huán) SVPWM SPLL DSP
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TM615;TM464
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-19
• 1.1 課題研究的背景及意義11-12
• 1.1.1 能源危機(jī)11
• 1.1.2 能耗污染11-12
• 1.1.3 太陽能資源的可利用性12
• 1.2 太陽能利用的國內(nèi)外現(xiàn)狀12-13
• 1.3 光伏發(fā)電系統(tǒng)分類13-14
• 1.3.1 光伏獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)13-14
• 1.3.2 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)14
• 1.4 光伏并網(wǎng)逆變器的電路拓?fù)浞诸?/span>14-17
• 1.4.1 根據(jù)隔離分類14-15
• 1.4.2 根據(jù)拓?fù)浼墧?shù)分類15-17
• 1.5 本文主要研究內(nèi)容17-19
• 第2章 三相光伏并網(wǎng)逆變器控制策略19-30
• 2.1 三相光伏并網(wǎng)逆變器的主電路結(jié)構(gòu)19-21
• 2.2 αβ坐標(biāo)系及dq坐標(biāo)系下的狀態(tài)方程21-24
• 2.3 并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)24-29
• 2.3.1 基于abc坐標(biāo)系下模型的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)24-25
• 2.3.2 基于αβ坐標(biāo)系下模型的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)25
• 2.3.3 基于dq坐標(biāo)系下模型的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)25-27
• 2.3.4 并網(wǎng)控制原理分析27-29
• 2.4 本章小結(jié)29-30
• 第3章 脈寬矢量調(diào)制及軟件鎖相環(huán)30-43
• 3.1 電壓空間矢量分布30-32
• 3.2 實(shí)現(xiàn)SVPWM的算法推導(dǎo)32-34
• 3.3 SVPWM的軟件實(shí)現(xiàn)34-36
• 3.3.1 確定給定矢量所處扇區(qū)34
• 3.3.2 計(jì)算基本矢量作用時(shí)間34-35
• 3.3.3 計(jì)算矢量切換點(diǎn)35-36
• 3.4 SVPWM和SPWM仿真對比36-37
• 3.5 鎖相環(huán)基本原理及三相軟件鎖相環(huán)系統(tǒng)37-38
• 3.6 SPLL數(shù)學(xué)模型及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)38-41
• 3.6.1 穩(wěn)定性分析39-40
• 3.6.2 穩(wěn)態(tài)誤差分析40-41
• 3.7 SPLL仿真分析41
• 3.8 本章小結(jié)41-43
• 第4章 三相光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)仿真43-55
• 4.1 三相并網(wǎng)逆變系統(tǒng)仿真43-46
• 4.1.1 三相并網(wǎng)逆變系統(tǒng)仿真模型搭建43-45
• 4.1.2 三相并網(wǎng)逆變系統(tǒng)解耦控制仿真45-46
• 4.2 單級式光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)仿真46-50
• 4.2.1 光伏電池組件建模46-48
• 4.2.2 光伏電池的最大功率跟蹤48-49
• 4.2.3 光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)仿真49-50
• 4.3 光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的抗電網(wǎng)擾動仿真50-54
• 4.3.1 電網(wǎng)電壓暫降擾動下的仿真50-52
• 4.3.2 電網(wǎng)電壓周期性諧波擾動下的仿真52-54
• 4.5 本章小結(jié)54-55
• 第5章 三相光伏并網(wǎng)逆變器實(shí)驗(yàn)55-66
• 5.1 三相光伏并網(wǎng)逆變器的主控芯片選擇及應(yīng)用55-58
• 5.1.1 主控DSP介紹及選擇55-56
• 5.1.2 DSP資源分配56
• 5.1.3 信號采樣設(shè)計(jì)56-58
• 5.2 三相光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的算法實(shí)現(xiàn)58-60
• 5.2.1 軟件層次設(shè)計(jì)58
• 5.2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)58-60
• 5.3 硬件平臺介紹60-61
• 5.4 實(shí)驗(yàn)波形分析61-65
• 5.4.1 算法的軟件實(shí)現(xiàn)61-63
• 5.4.2 電網(wǎng)電壓控制實(shí)驗(yàn)結(jié)果63
• 5.4.3 電壓電流雙閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)結(jié)果63-65
• 5.5 本章小結(jié)65-66
• 結(jié)論66-67
• 致謝67-68
• 參考文獻(xiàn)68-72
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文情況72

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