基于TMS320F28027光伏逆變器的研究與設計

【摘要】：隨著世界經(jīng)濟的高速發(fā)展以及化石能源的枯竭，能源的短缺和環(huán)境污染成為制約經(jīng)濟發(fā)展的主要因素。世界各國為尋求可持續(xù)發(fā)展的經(jīng)濟，投入大量的人力和物力來探索可再生的新能源。在各種新能源如風能、太陽能、地熱能、海洋能、核聚變能、生物質能以及水能中，太陽能以其取之不盡，用之不竭，分布廣泛，安全清潔等優(yōu)點，成為世界各國研究的方向。在太陽能的開發(fā)過程中，如何將光伏電池板的低壓直流電能高效的轉化為市電，降低光伏發(fā)電逆變器的成本，成為推進光伏發(fā)電市場化的關鍵。因此加大投入對太陽能的研究具有重大的理論實際意義。 本論文以兩級光伏變換器為研究對象，采用高性能數(shù)字信號處理芯片TMS320F28027為控制芯片，分析了前級DC-DC部分利用三相變壓器的思想應用于直流變換中新拓撲的工作原理和逆變部分的工作原理，并建立了兩級變換器等效的數(shù)學模型，運用適當?shù)目刂撇呗?，對電路進行仿真的研究，然后利用電力電子技術DSP技術以及C語言代碼的編寫通過搭建實驗樣機，驗證了光伏逆變器的實用性。 首先介紹了光伏發(fā)電系統(tǒng)的原理，然后針對市場上的光伏逆變器產(chǎn)品對其進行分類，總結分類為中間直流母線功率解耦、直流輸入端功率解耦、以及無功率解耦環(huán)節(jié)。并簡單分析了它們的工作原理和各種拓撲的優(yōu)點缺點。由此針對本設計要求選擇了適合的拓撲和控制方式，詳細介紹本設計系統(tǒng)的工作原理。 根據(jù)光伏電池的輸出特性，通過分析比較光伏逆變器MPPT實際工作中采取的控制算法的優(yōu)缺點，提出本課題采取的變步長的控制算法。通過建立數(shù)學模型利用仿真軟件matlab進行仿真，得到了比較好的仿真波形。本課題研究的光伏逆變器分為兩級變換。根據(jù)系統(tǒng)的工作原理分析分別建立了兩級系統(tǒng)的小信號模型，并通過matlab在頻域內(nèi)進行仿真。驗證了所采取方法的可行性和合理性。 基于以上的理論，詳細介紹了系統(tǒng)硬件的具體參數(shù)和選擇的方法，重點介紹了主電路、采樣電路、控制驅動保護電路的原理。最后編寫控制芯片的軟件部分，并對系統(tǒng)進行調(diào)試并捕捉下關鍵點的信號波形。實驗的結果是可以輸出穩(wěn)定的正弦波并且其電流波形的畸變率小。 論文最后總結了本課題研究的成果和提出了仍然存在的問題，對以后的工作做了展望。 【關鍵詞】：光伏逆變器 電路拓撲 MPPT TMS320F28027
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TM464
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 緒論9-12
• 1.1 本課題研究的背景及其意義9
• 1.2 國內(nèi)外光伏逆變器的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢9-10
• 1.3 本課題研究的內(nèi)容10-12
• 第二章 光伏逆變器的原理與控制方法12-38
• 2.1 光伏發(fā)電原理12
• 2.2 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類和組成12-14
• 2.3 光伏逆變器的基本拓撲結構14-27
• 2.3.1 中間直流母線功率解耦的高頻鏈逆變器14-19
• 2.3.2 直流輸入端功率解耦的高頻鏈逆變器19-23
• 2.3.3 無功率解耦環(huán)節(jié)高頻鏈逆變器23-27
• 2.4 本課題設計的光伏逆變器的系統(tǒng)結構和工作原理27-37
• 2.4.1 DC-DC前級直流部分的工作原理27-34
• 2.4.2 DC-AC逆變部分的控制原理34-37
• 2.5 本章小結37-38
• 第三章 光伏逆變系統(tǒng)的最大功率跟蹤38-44
• 3.1 光伏太陽能電池板38-40
• 3.1.1 光伏太陽能電池的等效電路及數(shù)學模型38-40
• 3.2 最大功率點跟蹤原理40-41
• 3.3 本課題采取的MPPT控制算法41-42
• 3.4 MPPT仿真分析42-43
• 3.5 本章小結43-44
• 第四章 光伏逆變器的建模和控制策略44-54
• 4.1 DC-DC變換器44-50
• 4.1.1 DC-DC變換器拓撲的建模44-48
• 4.1.2 DC-DC變換器拓撲的控制策略48-49
• 4.1.3 DC-DC變換器的仿真49-50
• 4.2 DC-AC逆變部分50-53
• 4.2.1 DC-AC逆變器的數(shù)學建模51-53
• 4.3 本章小結53-54
• 第五章 光伏逆變器的硬件設計和軟件設計54-73
• 5.1 系統(tǒng)硬件電路設計54-67
• 5.1.1 前級和后級開關管選擇55
• 5.1.2 輔助電源電路設計55-57
• 5.1.3 采樣電路57-58
• 5.1.4 變壓器設計58-60
• 5.1.5 整流二極管的選擇60
• 5.1.6 諧振電感、直流電感和交流電感的設計60-67
• 5.2 系統(tǒng)的軟件設計67-72
• 5.2.1 DSP系統(tǒng)資源配置67-68
• 5.2.2 主程序流程圖68
• 5.2.3 中斷服務程序68-70
• 5.2.4 子程序70-72
• 5.3 本章小結72-73
• 第六章 系統(tǒng)調(diào)試及其實驗結果分析73-78
• 6.1 實驗結果與分析73-77
• 6.1.1 硬件調(diào)試73-76
• 6.1.2 控制系統(tǒng)的軟件開發(fā)環(huán)境76
• 6.1.3 軟件調(diào)試76-77
• 6.1.4 結果分析77
• 6.2 本章小結77-78
• 結論與展望78-79
• 參考文獻79-82
• 攻讀碩士學位期間取得的研究成果82-83
• 致謝83-84
• 附錄84

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