單相光伏并網(wǎng)逆變器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

【摘要】： 隨著傳統(tǒng)的三大化石能源日漸枯竭,綠色能源的開發(fā)和利用將會(huì)得到空前發(fā)展。太陽能作為世界上最清潔的綠色能源之一,其并網(wǎng)發(fā)電備受世界各國的普遍關(guān)注。而光伏并網(wǎng)逆變器是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的核心部件,如何可靠和高質(zhì)量地向電網(wǎng)輸送功率尤為重要,因此在可再生能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中起電能變換作用的逆變器成為了研究的一個(gè)熱點(diǎn)。本文主要以單相光伏并網(wǎng)逆變器為研究對(duì)象,對(duì)并網(wǎng)系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),控制策略,MPPT最大功率點(diǎn)跟蹤,孤島保護(hù)等方面做了詳細(xì)的分析與研究,主要內(nèi)容有: 通過對(duì)目前常見的各種逆變系統(tǒng)主體電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和比較,確定了系統(tǒng)DC-DC-AC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方案。DC-DC環(huán)節(jié)選擇用雙并聯(lián)Boost電路取代高頻變壓器,提高了系統(tǒng)的效率和減小了設(shè)備體積;后級(jí)逆變環(huán)節(jié)選擇全橋式結(jié)構(gòu)。選擇TMS320F2812高性能定點(diǎn)DSP作為系統(tǒng)主控單元,充分利用DSP強(qiáng)大的運(yùn)算能力和其豐富的片內(nèi)外設(shè)功能,使硬件電路設(shè)計(jì)相對(duì)簡單,而且系統(tǒng)輸出具有很好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。 建立太陽能電池等效電路模型,分析太陽能電池輸出特性,并在此基礎(chǔ)上研究各種MPPT最大功率點(diǎn)跟蹤算法。理論分析了產(chǎn)生孤島效應(yīng)時(shí)電路狀態(tài)的變化,并提出主被動(dòng)結(jié)合的孤島保護(hù)方法。 針對(duì)DC-DC和DC-AC兩級(jí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),分別采用各自獨(dú)立的控制方案,前級(jí)實(shí)現(xiàn)MPPT和升壓功能,后級(jí)控制直流母線電壓穩(wěn)定和使輸出電流與電網(wǎng)電壓同頻率同相位,并通過Simulink仿真驗(yàn)證了控制方案理論上的可行性。 根據(jù)理論上的分析研究,針對(duì)給定指標(biāo),設(shè)計(jì)了系統(tǒng)主體電路和控制電路并進(jìn)行參數(shù)的選擇。開發(fā)了并網(wǎng)逆變器樣機(jī),對(duì)其硬件電路及軟件程序進(jìn)行了分模塊調(diào)試,并給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。通過分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和測(cè)試波形,證明了所設(shè)計(jì)樣機(jī)系統(tǒng)工作性能可靠,設(shè)計(jì)思路確實(shí)可行。 【關(guān)鍵詞】：太陽能 光伏并網(wǎng) 逆變 數(shù)字信號(hào)處理器 最大功率跟蹤
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：TM464
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-16
• 1.1 課題背景9-11
• 1.1.1 能源危機(jī)和光伏發(fā)電的廣闊前景9-10
• 1.1.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)分類10-11
• 1.2 光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)11-15
• 1.2.1 功率變換電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的研究11-13
• 1.2.2 逆變器并網(wǎng)控制策略的研究13-14
• 1.2.3 多臺(tái)并網(wǎng)逆變器并聯(lián)技術(shù)的研究14-15
• 1.2.4 逆變器并網(wǎng)濾波器設(shè)計(jì)的研究15
• 1.3 論文主要內(nèi)容15-16
• 第2章 并網(wǎng)逆變系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)16-28
• 2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)分析和功能劃分16-18
• 2.2 主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)18-21
• 2.2.1 先升壓后逆變的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)18-19
• 2.2.2 先逆變后升壓的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)19-20
• 2.2.3 系統(tǒng)總體方案20-21
• 2.3 系統(tǒng)工作原理21-28
• 2.3.1 Boost 電路工作原理21-26
• 2.3.2 后級(jí)單相全橋逆變電路的工作原理26-28
• 第3章 系統(tǒng)控制策略分析與研究28-54
• 3.1 前級(jí)DC-DC 控制方案分析28-38
• 3.1.1 太陽能電池的輸出特性分析28-31
• 3.1.2 太陽能電池最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）策略31-36
• 3.1.3 前級(jí)DC-DC 控制方案36-38
• 3.2 后級(jí)并網(wǎng)控制方案分析38-46
• 3.2.1 并網(wǎng)逆變器的電流跟蹤控制方式39-42
• 3.2.2 系統(tǒng)后級(jí)并網(wǎng)控制方案42-46
• 3.3 孤島效應(yīng)的檢測(cè)與保護(hù)46-48
• 3.3.1 孤島效應(yīng)的基本概念及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)46
• 3.3.2 孤島效應(yīng)的檢測(cè)與防止46-48
• 3.4 系統(tǒng)仿真分析48-54
• 第4章 光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)54-80
• 4.1 系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)54
• 4.2 主控單元硬件電路設(shè)計(jì)54-61
• 4.2.1 微處理器的選擇54-56
• 4.2.2 主控單元硬件電路結(jié)構(gòu)56-61
• 4.3 功率部分硬件電路設(shè)計(jì)61-71
• 4.3.1 電源電路的設(shè)計(jì)62-64
• 4.3.2 前級(jí)Boost 升壓電路主要參數(shù)設(shè)計(jì)64-68
• 4.3.3 逆變部分主要參數(shù)設(shè)計(jì)68-71
• 4.3.4 檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)71
• 4.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)71-80
• 4.4.1 軟件需求分析與功能模塊劃分71-72
• 4.4.2 主程序流程圖72
• 4.4.3 外設(shè)配置相關(guān)子程序72-74
• 4.4.4 CAP 中斷捕獲子程序74-75
• 4.4.5 PDPINTA 功率保護(hù)中斷子程序75
• 4.4.6 通用定時(shí)器1 周期中斷子程序75-77
• 4.4.7 增量式PI 子程序77-80
• 第5章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析80-85
• 5.1 前級(jí)DC-DC 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析80-81
• 5.2 后級(jí)逆變及并網(wǎng)試驗(yàn)結(jié)果分析81-85
• 結(jié)論85-87
• 參考文獻(xiàn)87-91
• 附錄91-93
• 致謝93

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