基于DSP的单相光伏并网系统的研究

【摘要】：全球能源危机和环境污染日益严重,开发和利用清洁的可再生能源在未来是必然之势。太阳能以其资源丰富、可再生和清洁无害等优点而备受青睐。太阳能的利用已经成为全世界各个国家竞相发展的热点,光伏并网发电作为太阳能光伏利用的未来趋势,必将得到快速的发展。因此,对光伏并网系统的研究与设计具有实际意义。本文以单相并网系统为研究对象,对光伏并网系统进行了全面的理论分析。对并网系统的拓扑结构、参数的选择、最大功率点跟踪、控制策略以及防止孤岛效应等方面作了详细的分析和研究。论文分析了光伏电池的等效电路和数学模型,得到光伏电池的输出特性。利用MATLAB/Simulink仿真软件对光伏电池的数学模型进行仿真,分析光伏电池在光照和温度变化时对输出特性的影响,为最大功率点跟踪(MPPT)提供可行性的理论基础。本文对几种常用的最大功率点跟踪控制算法进行了比较和研究,指出各自的优缺点。并对电导增量算法进行了改进。本文分析了逆变器的主电路拓扑和控制方法。针对电路结构的特点,进行了电路主要器件参数、滤波器参数的设计。分析了常用的电流控制方法,并进行了仿真验证。对电流滞环控制进行了改进,与通用滞环控制进行了分析对比。仿真结果验证了所提出的控制策略的有效性与可靠性。基于TMS320LF28335设计出单相并网逆变系统的主控制电路,包括,最小系统,时钟电路、驱动电路、采样电路等。详细阐述了DC/DC和DC/AC电路的控制过程。根据并网逆变器的锁相原理构建基于TMS320LF28335并网逆变器的数字锁相,使并网电流能够实时跟踪电网电压,实现了系统硬件电路设计和控制策略。分析了孤岛效应的发生机理,阐述了主动式和被动式检测孤岛检测的优缺点。利用Matlab/Simulink对主动频率偏移法(AFD)和带正反馈主动频率偏移法(AFDPF)进行了仿真分析,仿真结果验证了AFDPF法的快速性和有效性。 【关键词】：最大功率点跟踪 DC-DC变换器 滞环控制 锁相
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 光伏并网发电的背景和意义11-12
• 1.2 国内外光伏产业发展趋势12-13
• 1.3 太阳能光伏发电系统分类13-16
• 1.3.1 光伏发电系统的分类13-16
• 1.3.2 光伏并网发电系统的优缺点16
• 1.4 本文研究的主要内容16-19
• 第2章 光伏电池特性及最大功率点跟踪研究19-35
• 2.1 光伏电池的概述19-21
• 2.1.1 太阳能电池原理及分类19-20
• 2.1.2 市场上主要光伏电池的比较20-21
• 2.2 光伏电池的基本特性21-25
• 2.2.1 光伏阵列等效电路21-23
• 2.2.2 光伏电池的输出特性23-25
• 2.3 光伏发电最大功率点跟踪原理分析25-26
• 2.4 最大功率点跟踪法的比较分析26-32
• 2.4.1 恒定电压法26-27
• 2.4.2 扰动观察法27-29
• 2.4.3 电导增量法29-32
• 2.5 自适应步长电导增量法的仿真研究32-34
• 2.6 本章小结34-35
• 第3章 光伏并网逆变器的研究35-53
• 3.1 光伏并网逆变器的工作原理与控制35-36
• 3.1.1 光伏并网逆变电路原理35
• 3.1.2 并网逆变器控制方式分类35-36
• 3.2 基于SPWM的电流控制36-41
• 3.2.1 SPWM控制策略电流内环37-38
• 3.2.2 SPWM控制策略电网电压前馈38-40
• 3.2.3 电流内环仿真分析40-41
• 3.3 电流滞环控制41-45
• 3.3.1 电流滞环控制的原理及数学分析41-44
• 3.3.2 电流滞环控制仿真分析44-45
• 3.4 改进的电流滞环控制研究45-50
• 3.4.1 自适应准恒频电流滞环控制分析45-47
• 3.4.2 自适应准恒频电流滞环仿真研究47-50
• 3.5 并网逆变器数字锁相研究50-52
• 3.5.1 锁相环工作原理50-51
• 3.5.2 数字锁相原理及实现51-52
• 3.6 本章小结52-53
• 第4章 光伏系统参数计算与硬件设计53-67
• 4.1 系统技术参数53
• 4.2 BOOST电路参数计算53-56
• 4.3 并网逆变电路主要参数设计56-58
• 4.4 硬件电路设计58-66
• 4.4.1 IGBT驱动电路设计58-60
• 4.4.2 信号采样电路设计60-63
• 4.4.3 控制电路设计63-65
• 4.4.4 逆变主电路设计65-66
• 4.5 本章小结66-67
• 第5章 孤岛效应及防止策略67-81
• 5.1 孤岛效应的含义及危害67-68
• 5.2 孤岛效应的机理及检测标准68-70
• 5.2.1 孤岛效应的机理分析68-69
• 5.2.2 孤岛效应检测标准69-70
• 5.3 孤岛效应的检测与防止70-76
• 5.3.1 孤岛效应的被动式检侧70-72
• 5.3.2 孤岛效应的主动式检测72-76
• 5.4 主动频率偏移法仿真研究76-79
• 5.4.1 AFD法的具体实现76-77
• 5.4.2 AFD法仿真参数设置及结果分析77-79
• 5.4.3 基于正反馈的主动频率偏移法(AFDPF)仿真分析79
• 5.5 本章小结79-81
• 第6章 总结与展望81-83
• 参考文献83-87
• 致谢87

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