基于雙核控制器的單相光伏并網(wǎng)逆變器研究

【摘要】：光伏發(fā)電作為儲量巨大、清潔無污染的新能源具有廣闊發(fā)展前景。光伏并網(wǎng)逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)中重要組成部分,中小功率的戶用型單相光伏并網(wǎng)逆變器因投資小、使用靈活和適應(yīng)性強等優(yōu)點可應(yīng)用在家庭、公司等諸多場合實現(xiàn)光伏發(fā)電,是普及光伏發(fā)電的重要手段?？刂破髯鳛槠浜诵牟考?決定了光伏并網(wǎng)逆變器的性能與成本。 光伏并網(wǎng)逆變器中的關(guān)鍵技術(shù)包括電網(wǎng)電壓的鎖相控制技術(shù)、最大功率跟蹤技術(shù)和孤島檢測技術(shù)。本文對此進(jìn)行了原理性說明,并詳細(xì)介紹了當(dāng)前的一些設(shè)計方法,同時結(jié)合中小功率光伏并網(wǎng)逆變器的特點給出了設(shè)計方案和優(yōu)化思路。闡述了光照突變和陰影遮蔽情況下帶來的最大功率跟蹤誤判的原因,在傳統(tǒng)擾動觀察法的基礎(chǔ)上,提出了帶有功率預(yù)測和陰影判斷的優(yōu)化算法。 針對兩級式單相光伏并網(wǎng)逆變器,本文闡述了其工作原理和控制策略。設(shè)計了一種雙電感式的高增益Boost電路作為逆變器的前級DC-DC變換器,可使系統(tǒng)在較寬的輸入電壓范圍內(nèi)正常工作。詳細(xì)分析了后級DC-AC電流內(nèi)環(huán)和電壓外環(huán)的數(shù)學(xué)模型與PI校正設(shè)計方法,并進(jìn)行了仿真驗證。給出了電網(wǎng)電壓前饋、電流預(yù)測、直流分量抑制等優(yōu)化算法。 本文選擇IRMCF143芯片作為系統(tǒng)的控制器,它是一款片上集成了雙核處理器的逆變專用控制器。詳細(xì)介紹了該控制器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與運行機制,并給出了通過該控制器進(jìn)行800W單相光伏并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計的流程與方案,通過控制器內(nèi)部MCE處理器部分與8051處理器部分相對獨立而又有機結(jié)合的設(shè)計方式,實現(xiàn)了系統(tǒng)性能與成本及開發(fā)周期的優(yōu)化。 最后對系統(tǒng)硬件電路進(jìn)行了設(shè)計,搭建了光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)實驗平臺,實現(xiàn)了并網(wǎng)運行。對實驗波形和結(jié)果進(jìn)行了記錄和分析,逆變器性能達(dá)到預(yù)期指標(biāo),額定功率運行時THD小于4%,效率高于93%,同時實現(xiàn)了設(shè)計方案中的各項功能。 【關(guān)鍵詞】：光伏并網(wǎng)逆變器 雙核控制器 最大功率跟蹤 PI控制與優(yōu)化設(shè)計
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TM464
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 緒論8-18
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義8-11
• 1.1.1 能源危機與光伏發(fā)電8-10
• 1.1.2 本課題的研究意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外光伏發(fā)電的發(fā)展概況11-14
• 1.2.1 國內(nèi)外光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況11-13
• 1.2.2 國內(nèi)外光伏并網(wǎng)逆變器發(fā)展概況13-14
• 1.3 光伏并網(wǎng)逆變器介紹14-17
• 1.3.1 逆變器與光伏陣列的組合方式14-16
• 1.3.2 光伏并網(wǎng)逆變器中的控制器16-17
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容17-18
• 第2章 光伏并網(wǎng)逆變器中的關(guān)鍵技術(shù)18-31
• 2.1 引言18
• 2.2 電網(wǎng)同步鎖相技術(shù)18-20
• 2.2.1 并網(wǎng)逆變器中的鎖相技術(shù)18-19
• 2.2.2 電網(wǎng)同步鎖相設(shè)計19-20
• 2.3 最大功率跟蹤技術(shù)20-27
• 2.3.1 光伏電池模型與特性曲線20-21
• 2.3.2 MPPT 控制方法介紹21-22
• 2.3.3 最大功率跟蹤的誤判與解決22-26
• 2.3.4 最大功率跟蹤算法設(shè)計26-27
• 2.4 孤島效應(yīng)檢測技術(shù)27-30
• 2.4.1 孤島效應(yīng)的產(chǎn)生與危害27-28
• 2.4.2 孤島效應(yīng)的檢測方法28-30
• 2.5 本章小結(jié)30-31
• 第3章 單相并網(wǎng)逆變器原理與控制31-45
• 3.1 光伏并網(wǎng)逆變器拓?fù)浼霸?/span>31-36
• 3.1.1 單相光伏并網(wǎng)逆變器拓?fù)渑c原理31-34
• 3.1.2 脈寬調(diào)制技術(shù)在逆變器中的應(yīng)用34-36
• 3.2 單相光伏并網(wǎng)逆變器控制方法研究36-42
• 3.2.1 控制目標(biāo)與控制策略36-37
• 3.2.2 電流內(nèi)環(huán)設(shè)計37-39
• 3.2.3 電壓外環(huán)設(shè)計39-41
• 3.2.4 MATLAB/Simulilnk 下系統(tǒng)仿真41-42
• 3.3 控制算法的優(yōu)化設(shè)計42-44
• 3.3.1 電網(wǎng)電壓前饋補償42-43
• 3.3.2 電流預(yù)測算法43
• 3.3.3 直流分量的抑制43-44
• 3.4 本章小結(jié)44-45
• 第4章 基于雙核控制器的系統(tǒng)設(shè)計45-62
• 4.1 總體設(shè)計方案45-46
• 4.2 IRMCF143 控制器46-53
• 4.2.1 IRMCF143 內(nèi)部結(jié)構(gòu)與運行機制46-51
• 4.2.2 IRMCF143 開發(fā)流程51-53
• 4.3 MCE 與8051 處理器的開發(fā)設(shè)計53-61
• 4.3.1 雙核處理器的任務(wù)分配53-54
• 4.3.2 MCE 處理器的開發(fā)設(shè)計54-57
• 4.3.3 8051 處理器的開發(fā)設(shè)計57-60
• 4.3.4 系統(tǒng)故障的診斷與處理60-61
• 4.4 本章小結(jié)61-62
• 第5章 實驗平臺的搭建與結(jié)果分析62-72
• 5.1 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計62-65
• 5.2 濾波器參數(shù)設(shè)計65-67
• 5.3 實驗平臺的搭建67-68
• 5.4 實驗結(jié)果與分析68-71
• 5.5 本章小結(jié)71-72
• 結(jié)論72-73
• 參考文獻(xiàn)73-78
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果78-80
• 致謝80

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