基于SVPWM算法的兩電平光伏并網(wǎng)逆變器的研究與實(shí)現(xiàn)

【摘要】：近年來,隨著世界各國能源危機(jī)的不斷發(fā)生,傳統(tǒng)化石能源儲量面臨著險(xiǎn)峻的現(xiàn)狀,其對環(huán)境污染的現(xiàn)象也已經(jīng)越來越明顯。因此尋找一種分布廣泛、清潔高效、并且能夠可持續(xù)發(fā)展的新能源漸漸成為世界各國能源計(jì)劃中的重要戰(zhàn)略。太陽能作為一種儲存量極大、分布廣、無污染的綠色能源,已經(jīng)得到新能源界的特別關(guān)注。光伏并網(wǎng)系統(tǒng)是一種能夠?qū)⑻柲馨l(fā)出的光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔懿⒒仞伣o電網(wǎng)的高效率節(jié)能系統(tǒng),本文研究的光伏逆變器作為該系統(tǒng)的核心重要部件,其逆變效率、電能質(zhì)量與安全性能對并網(wǎng)起到了關(guān)鍵性作用。因此,對光伏并網(wǎng)逆變器的研究設(shè)計(jì)具有重要的應(yīng)用意義。 本課題來源于某公司的研發(fā)項(xiàng)目,目的是采用DSP芯片作為控制核心,通過軟件編程實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制,系統(tǒng)最終達(dá)到產(chǎn)生與公共電網(wǎng)同頻同相的三相交流電回饋電網(wǎng)的節(jié)能目的。論文研究的主要內(nèi)容如下。 第一,分析太陽能電池板的基本模型和原理,在整體光伏逆變系統(tǒng)中根據(jù)不同模式的控制方法比較確定逆變器的控制策略與控制方式。制定總體的宏觀方案：光伏并網(wǎng)逆變器采用三相電壓型全橋逆變器,電壓源輸入、電流源輸出的控制方式,同時(shí)采樣輸入直流電壓和直流電流進(jìn)行MPPT調(diào)節(jié),從而減少功率損耗、提高供電質(zhì)量。從整體上為后文的程序控制流程提供嚴(yán)格的策略指標(biāo),明確系統(tǒng)的控制思路。 第二,對并網(wǎng)逆變器重點(diǎn)研究的空間矢量脈沖寬度調(diào)制技術(shù)(Space Vector Pulse Width Modulation,簡稱SVPWM)進(jìn)行算法分析及改進(jìn),并且利用SVPWM基本理論研究了在數(shù)字化處理中的改進(jìn)模式。在以往的SVPWM技術(shù)中,常常是通過分別求得相鄰矢量的作用時(shí)間再進(jìn)行矢量分配,這種方法在數(shù)字化處理器(如DSP)中占用處理時(shí)間長,程序及計(jì)算量大,因此將其轉(zhuǎn)化改進(jìn)為求占空比來進(jìn)行驅(qū)動(dòng)信號的直接轉(zhuǎn)換。詳細(xì)算法在文中有推導(dǎo)。通過程序調(diào)試及整機(jī)實(shí)驗(yàn)明確可行性穩(wěn)定,可以很好的達(dá)到逆變效果。 第三,本文在硬件總體電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)得以確定和改進(jìn)的基礎(chǔ)上,主要進(jìn)行軟件控制程序的編寫和設(shè)計(jì)。分別對光伏逆變器控制中的各個(gè)技術(shù)難點(diǎn),如數(shù)字鎖相控制、過零點(diǎn)調(diào)節(jié),最大功率點(diǎn)跟蹤控制等,進(jìn)行了詳細(xì)的分析和處理。然后采用上文所訴的改進(jìn)后的SVPWM算法進(jìn)行了整體控制程序的編寫。系統(tǒng)控制板以TI公司的TMS320F2812DSP為主控芯片,根據(jù)光伏逆變器的實(shí)際情況進(jìn)行程序調(diào)試,并且最終結(jié)果達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。 第四,在MATLAB7.6.0/Simulink環(huán)境下進(jìn)行系統(tǒng)的仿真,建立仿真模型并得到各子系統(tǒng)及電路輸出仿真波形,提高系統(tǒng)可行性與合理性。對光伏逆變器樣機(jī)進(jìn)行整機(jī)調(diào)試,最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的并網(wǎng)可靠運(yùn)行,驗(yàn)證了研究的穩(wěn)定性與可靠性。 論文中給出了各仿真波形及整機(jī)調(diào)試結(jié)果,并且對硬件電路進(jìn)行了分析,樣機(jī)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可實(shí)現(xiàn)光伏逆變器系統(tǒng)的并網(wǎng)運(yùn)行,最后,總結(jié)和展望部分對本文所做的工作進(jìn)行了總結(jié),同時(shí),也對今后系統(tǒng)中還需進(jìn)一步完善的地方進(jìn)行了研究方向的展望。 【關(guān)鍵詞】：空間矢量PWM算法 2812DSP 鎖相控制 過零點(diǎn)調(diào)節(jié) 并網(wǎng)逆變器
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TM464
【目錄】：

• 目錄4-6
• CONTENTS6-8
• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第1章 緒論12-21
• 1.1 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的概述12-17
• 1.1.1 太陽能與光伏陣列12-14
• 1.1.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)原理與構(gòu)成14-16
• 1.1.3 光伏并網(wǎng)逆變器簡介16-17
• 1.2 課題的研究背景17-19
• 1.2.1 光伏并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的研究背景17-18
• 1.2.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用前景18-19
• 1.3 本課題的目的,任務(wù)及意義19-21
• 1.3.1 課題的來源與意義19-20
• 1.3.2 課題的目的及任務(wù)20-21
• 第2章 光伏并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)控制策略的研究21-46
• 2.1 逆變器的基本工作原理及技術(shù)參數(shù)21-29
• 2.1.1 逆變器基本工作原理21-26
• 2.1.2 并網(wǎng)逆變器特性及選擇26-27
• 2.1.3 逆變器技術(shù)參數(shù)27-29
• 2.2 并網(wǎng)逆變器的控制策略與控制技術(shù)29-33
• 2.3 并網(wǎng)逆變的SVPWM控制算法33-41
• 2.3.1 常用PWM的技術(shù)介紹33-37
• 2.3.1.1 SPWM技術(shù)34-35
• 2.3.1.2 滯環(huán)電流控制PWM技術(shù)35-37
• 2.3.2 空間矢量PWM算法分析37-41
• 2.4 最大功率點(diǎn)跟蹤控制技術(shù)41-45
• 2.4.1 MPPT控制的常用方法41-44
• 2.4.1.1 恒定電壓控制法43
• 2.4.1.2 擾動(dòng)觀察法43-44
• 2.4.1.3 電導(dǎo)增量法44
• 2.4.2 本文選用的MPPT算法分析44-45
• 2.5 本章小結(jié)45-46
• 第3章 基于2812DSP的光伏并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)46-71
• 3.1 并網(wǎng)逆變器的硬件電路設(shè)計(jì)46-52
• 3.1.1 系統(tǒng)構(gòu)成與主拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)46-47
• 3.1.2 系統(tǒng)各部分硬件電路設(shè)計(jì)47-52
• 3.2 軟件控制程序的設(shè)計(jì)與調(diào)試52-70
• 3.2.1 孤島效應(yīng)與檢測52-55
• 3.2.2 采樣及數(shù)字濾波55-58
• 3.2.3 鎖相控制的實(shí)現(xiàn)58-59
• 3.2.4 過零點(diǎn)調(diào)節(jié)59-61
• 3.2.5 MPPT的軟件實(shí)現(xiàn)61-63
• 3.2.6 SVPWM的軟件實(shí)現(xiàn)63-70
• 3.3 本章小結(jié)70-71
• 第4章 實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果與樣機(jī)調(diào)試分析71-83
• 4.1 MATLAB7.6.0/Simulink環(huán)境下的仿真結(jié)果分析71-79
• 4.2 整機(jī)調(diào)試與調(diào)試分析79-82
• 4.3 本章小結(jié)82-83
• 第5章 總結(jié)與展望83-85
• 5.1 總結(jié)83
• 5.2 展望83-85
• 附錄85-92
• 參考文獻(xiàn)92-97
• 致謝97-98
• 學(xué)位論文評閱及答辯情況表98

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