基于内高频链的光伏并网逆变器的研究与设计

【摘要】：能源一直以来都受到人类的关注，尤其今年的大气污染问题，更敦促我们探索新型无污染的动力源。而电能是驱动工业发展和维系日常生活的动力，火力发电、蓄电池等对环境的危害巨大，相反太阳能、风能是可以被利用的无污染能源。现代电力电子技术的出现，成功的将太阳能转换为人类所需要的电能，于是光伏发电技术成了电力转换技术的研究方向之一。 论文首先分析研究了光伏并网发电技术和高频链技术的国内外相关情况，将这两项电路拓扑整合，提出一种基于内高频链的光伏并网逆变器拓扑。高频链环节为并网逆变提供稳定的且有足够幅值的输入电压，其中高频变压器的应用能大大减小整机体积和重量。并将移相软开关技术应用到高频链环节，从而有效的减小开关管在高频下的功率损耗。 然后根据课题目标和主电路拓扑进行控制策略的研究分析。高频链环节通过改变相位差来控制直流母线输出并实现光伏最大功率跟踪。并网逆变环节采用电流控制方案，文章分析比较了电流控制策略，对电容电流、并网电流双闭环加电网电压前馈的控制方案建立了数学模型，最终实现并网电流和电网电压的同步。 基于以上工作，设计了一套基于DSP控制系统的5KW内高频链光伏并网逆变器。论文介绍了主电路部分和控制系统的设计工作，并从TMS320LF2407的零点捕获、中断控制、PWM波形的产生、通讯显示等软件程序详细论述了并网实现过程。 最后搭建了基于内高频链的光伏并网逆变器硬件平台，完成了硬件设计和部分软件设计，进行试验调试，给出了部分实验图和并网波形，初步验证了课题研究内容。 【关键词】：高频链 软开关 并网逆变器 DSP
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 目录8-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 课题研究背景11-12
• 1.2 国内外相关技术的发展状况12-16
• 1.2.1 并网逆变器的研究12-13
• 1.2.2 高频链技术的发展13-16
• 1.2.3 内高频链的光伏并网逆变器16
• 1.3 本课题主要研究内容16-18
• 第二章 高频链环节的研究分析18-32
• 2.1 内高频链逆变器的拓扑分析18-20
• 2.1.1 内高频链逆变技术的分类18-19
• 2.1.2 本文采用的电路拓扑19-20
• 2.2 逆变器调制技术的比较分析20-23
• 2.2.1 SPWM 调制技术20-22
• 2.2.2 相位调制 PWM 技术22-23
• 2.3 软开关技术的分析应用23-28
• 2.3.1 全桥变换器分析23-25
• 2.3.2 运行模式分析25-26
• 2.3.3 软开关的实现26-28
• 2.4 仿真分析28-31
• 2.4.1 相位控制仿真28-30
• 2.4.2 软开关仿真30-31
• 2.4.3 仿真结果分析31
• 2.5 本章小结31-32
• 第三章 并网逆变系统的控制策略分析32-48
• 3.1 内高频链环节的控制分析32-33
• 3.2 并网逆变器的控制分析33-39
• 3.2.1 并网逆变器的控制概述33-37
• 3.2.2 锁相环研究37-39
• 3.3 并网逆变器控制策略的数学模型39-44
• 3.3.1 单一电流双闭环控制的研究分析39-42
• 3.3.2 加入电压前馈补偿策略42-43
• 3.3.3 仿真分析43-44
• 3.4 孤岛检测分析44-47
• 3.4.1 孤岛检测方法分析44-46
• 3.4.2 本文的孤岛检测及其仿真46-47
• 3.5 本章小结47-48
• 第四章 内高频链光伏并网逆变器的硬件实现48-57
• 4.1 系统概述48-49
• 4.2 高频链电路设计49-53
• 4.2.1 功率器件选择49-50
• 4.2.2 高频变压器50-51
• 4.2.3 并联谐振电容51
• 4.2.4 直流母线电容51-52
• 4.2.5 输出 LCL 滤波电路52-53
• 4.3 控制系统电路设计53-56
• 4.3.1 DSP 电平转换53
• 4.3.2 采样调理电路53-55
• 4.3.3 隔离驱动电路55-56
• 4.3.4 通讯电路56
• 4.4 本章小结56-57
• 第五章 内高频并网逆变系统的数字实现57-70
• 5.1 总体概述57-59
• 5.1.1 DSP 芯片系统配置57-58
• 5.1.2 系统软件总体设计58-59
• 5.2 中断程序59-63
• 5.2.1 AD 转换模块60-61
• 5.2.2 数字锁相61-63
• 5.3 算法子程序63-65
• 5.4 PWM 脉冲波形65-68
• 5.4.1 移相脉冲的产生65-66
• 5.4.2 SPWM 波形产生66-68
• 5.5 通讯子程序68-69
• 5.6 本章小结69-70
• 第六章 系统调试及结果分析70-75
• 6.1 高频链变换器的测试70-72
• 6.2 并网逆变实验72-74
• 6.3 本章小结74-75
• 第七章 总结与展望75-77
• 7.1 本文总结75
• 7.2 展望75-77
• 致谢77-78
• 参考文献78-82
• 附录82-83
• 攻硕期间取得的成果83-84

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