基于软件锁相的三相光伏并网逆变器研究

【摘要】：太阳能因其高效、无污染、资源丰富广泛等特点使其成为绿色新能源的代表,因此,对太阳能的开发利用受到了人们的普遍关注。作为光伏发电系统的核心装置的逆变器及其控制技术成为各个国家争相研发利用的重点,特别是对并网型的光伏逆变器的研发和应用。 本文经过对光伏并网逆变器及其控制系统的分析,选用了前级Boost升压直流变换和后级DC/AC逆变的两级式拓扑结构,分别采用了改进的最大功率点跟踪控制算法和新的并网逆变控制策略,最终逆变器可实现并网和低电压穿越。 首先,对光伏电池的原理和特性进行分析,建立简单有效的光伏电池数学模型并以此建立了MATLAB仿真模型。采用了变步长电导增量法的最大功率点跟踪控制算法,实现了不同温度和光照强度条件下最大功率点的准确快速跟踪,并通过MATLAB进行了仿真验证。其次,设计了三相光伏并网逆变器的两级式拓扑结构：前级Boost升压直流变换和后级DC/AC并网逆变,建立并网逆变器数学模型,采用了电流解耦控制的电流内环和电压外环的双环控制并用软件锁相环实现对电网角度的获取,实现无功电流和有功电流的解耦独立控制及逆变器输出并网电流和电网电压同频同相。分析电网电压跌落影响和低电压穿越标准,运用动态的无功电流实现对低电压穿越的支撑。采用了以TMS320F2812为主控芯片的控制器并对并网逆变器的硬件和软件进行了设计。最后,通过MATLAB搭建的系统仿真模型和制作的15kW样机对采用的控制策略进行仿真和实验验证。仿真和实验结果表明逆变器能够实现单位功率因数并网和低电压穿越功能,本设计方案基本可以达到预期目标。 【关键词】：光伏发电 并网逆变器 最大功率点跟踪 软件锁相环 低电压穿越
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 1 绪论12-20
• 1.1 课题研究的背景和意义12-14
• 1.2 并网逆变器的结构组成14-17
• 1.3 并网逆变器的国内外现状17-18
• 1.4 本文主要研究的内容18-19
• 1.5 本章小结19-20
• 2 最大功率点跟踪控制技术20-34
• 2.1 光伏电池发电原理及特性分析20-23
• 2.1.1 光伏电池发电原理20
• 2.1.2 光伏电池特性分析20-23
• 2.2 光伏电池建模仿真23-25
• 2.3 光伏阵列最大功率点跟踪控制25-33
• 2.3.1 MPPT控制原理25-26
• 2.3.2 常用MPPT算法分析比较26-31
• 2.3.3 变步长电导增量MPPT算法实现31-33
• 2.4 本章小结33-34
• 3 并网逆变器的控制策略34-59
• 3.1 并网逆变器的主控制结构34-36
• 3.2 并网逆变器的控制策略36-54
• 3.2.1 并网逆变器的数学建模36-38
• 3.2.2 空间电压矢量控制算法38-48
• 3.2.3 PI电流解耦控制48-50
• 3.2.4 电流内环和电压外环设计50-52
• 3.2.5 低电压穿越52-54
• 3.3 软件锁相设计54-58
• 3.3.1 软件锁相环的原理54-55
• 3.3.2 软件锁相环设计55-58
• 3.4 本章小结58-59
• 4 并网逆变器的硬件和软件设计59-69
• 4.1 逆变器硬件电路主结构59
• 4.2 主电路的元器件选型59-63
• 4.2.1 直流变换器选型59-60
• 4.2.2 滤波器选型60-62
• 4.2.3 逆变模块选型62-63
• 4.3 控制电路硬件设计63-66
• 4.3.1 直流变换器驱动电路设计63
• 4.3.2 辅助电源设计63-64
• 4.3.3 DSP控制电路设计64-66
• 4.4 并网逆变器软件设计66-68
• 4.4.1 主程序66-67
• 4.4.2 MPPT控制程序67
• 4.4.3 SVPWM和A/D子程序67-68
• 4.4.4 软件锁相和低电压穿越子程序68
• 4.5 本章小结68-69
• 5 系统仿真和实验69-73
• 5.1 系统仿真和结果分析69-70
• 5.2 实验结果分析70-72
• 5.3 本章小结72-73
• 6 总结和展望73-75
• 6.1 总结73
• 6.2 展望73-75
• 参考文献75-78
• 致谢78-79
• 作者简介及读研期间主要科研成果79

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