单相光伏并网逆变器的研究与实现

【摘要】：随着全球能源危机与环境污染问题日益突出,开发利用清洁的可再生能源势在必行。太阳能作为当前世界上最清洁、最现实、最具有大规模开发前景的可再生能源之一,备受世界各国青睐,太阳能已经成为当今能源的一个补充,光伏并网发电是太阳能大规模利用的必然趋势。光伏并网逆变器是光伏并网发电系统中不可缺少的设备,其效率的高低、可靠性的好坏直接影响整个光伏系统的性能和投资。 本文以一个完整的单相光伏并网发电系统为研究对象,设计了1套额定功率为3kW的两级式光伏并网逆变器,前级采用相移谐振控制器UC3875实现,后级采用TI公司DSP芯片TMS320F2812作为控制核心,详细介绍了主电路拓扑结构的工作原理及控制方法。接下来详细分析了控制芯片外围电路、采样电路、驱动电路、保护电路和辅助电源电路的工作原理及关键器件的选型。 为了提高光伏电池的利用率,要求光伏电池必须工作在最大输出功率点。本文介绍了光伏电池的组成、发电原理及各种影响光伏电池输出的因素,详细分析了本文用到的两种最大功率点跟踪方法：恒压法和扰动观察法。考虑到扰动观察法的缺点,在扰动观察法的基础上,本系统加入对光照突变的判断,能有效提高系统的可靠性和稳定性,最后结合实际电路详细介绍了具体实现过程。 软件设计是系统的关键点之一,本系统用软件实现的功能有：SPWM的产生、电网电压前馈、锁相技术、各种故障检测及一些控制算法的计算等。本文给出了并网流程总图,以及各种方法的具体实现过程。 最后,给出了光伏并网逆变器输出波形,从其输出看,能够稳定输出,表明了系统方案的可行性。 【关键词】：光伏并网 最大功率点跟踪 逆变器 DSP
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-5
• 目录5-8
• 第一章 绪论8-12
• 1.1 课题来源8
• 1.2 背景与意义8-9
• 1.2.1 全球能源供需形势8
• 1.2.2 光伏发电的优势8-9
• 1.3 国内外光伏发电现状分析9-10
• 1.3.1 国外现状9-10
• 1.3.2 国内现状10
• 1.4 光伏并网逆变技术的发展趋势10-11
• 1.5 本文的研究内容11-12
• 第二章 光伏并网逆变器的主电路结构设计12-22
• 2.1 总体设计方案12-13
• 2.2 系统主电路拓扑13-16
• 2.2.1 主电路结构分析13-14
• 2.2.2 高频变压器的设计14-15
• 2.2.3 主要器件选型15-16
• 2.3 两级式控制结构分析16-21
• 2.3.1 控制芯片的选取16-17
• 2.3.2 前级DC/DC变换电路ZVZCS控制17-19
• 2.3.3 后级DC/AC全桥逆变工作原理19-21
• 2.4 本章小结21-22
• 第三章 电路设计22-35
• 3.1 UC3875控制部分电路22-23
• 3.1.1 UC3875简介22
• 3.1.2 芯片外围电路分析22-23
• 3.2 采样电路原理23-26
• 3.2.1 直流电压信号采样24
• 3.2.2 电网电压信号采样24-26
• 3.2.3 电流信号采样26
• 3.3 驱动电路26-29
• 3.4 保护电路29-30
• 3.5 辅助电源30-31
• 3.6 实验结果与分析31-34
• 3.7 本章小结34-35
• 第四章 光伏电池与最大功率点跟踪35-45
• 4.1 光伏电池35-36
• 4.1.1 光伏电池简介35
• 4.1.2 光伏阵列的组成35-36
• 4.2 光伏电池的基本原理与工作特性36-39
• 4.2.1 光伏电池发电原理36
• 4.2.2 光伏电池的等效模型36-38
• 4.2.3 光伏电池的功率特性曲线38
• 4.2.4 影响光伏电池输出的因素38-39
• 4.3 最大功率点跟踪39-44
• 4.3.1 最大功率跟踪方法分析39-42
• 4.3.2 本文采用的方法42-43
• 4.3.3 MPPT辅助电路43-44
• 4.4 本章小结44-45
• 第五章 光伏并网逆变系统的软件部分45-58
• 5.1 系统控制主要方法45-46
• 5.1.1 SPWM的产生原理45
• 5.1.2 电流跟踪控制45-46
• 5.2 系统总体设计方案46-49
• 5.2.1 并网流程总图46-47
• 5.2.2 定时器1周期(TIPINT)中断47-48
• 5.2.3 捕获(CAPINT1)中断48-49
• 5.2.4 保护(PDPINTA)中断49
• 5.3 锁相部分49-53
• 5.3.1 锁相方法分析49-51
• 5.3.2 具体实现方案51-53
• 5.4 孤岛控制策略53-56
• 5.4.1 孤岛效应分析53
• 5.4.2 孤岛效应标准53
• 5.4.3 孤岛检测方法53-56
• 5.5 实验结果与分析56-57
• 5.6 本章小结57-58
• 第六章 总结与展望58-59
• 6.1 总结58
• 6.2 展望58-59
• 参考文献59-61
• 致谢61-62
• 个人简历以及发表的学术论文62-63

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