三相光伏逆变器的数字化控制

【摘要】：目前,能源危机和环境保护问题已经成为全世界关注的焦点。为了解决日益严重的能源危机和环保问题,以太阳能、风能等可再生清洁能源为代表的新能源的开发和利用越来越受到人们的重视。太阳能以其储量巨大、清洁无污染等优势,逐渐成为人们关注的焦点。太阳能光伏发电技术和产业得到了迅速的发展,太阳能光伏发电不仅是当今能源的一个重要组成部分,更具备成为未来主要能源之一的潜力。 本文首先对国内外太阳能光伏逆变器拓扑结构及其控制技术的研究现状和发展趋势做了全面综述。分析了光伏逆变器的数学模型,以滤波电感电流和滤波电容电压为状态量,建立了光伏逆变器的状态空间模型。在对三相光伏逆变器进行建模时,通过一系列变换对其状态空间模型做了进一步的简化。在得到三相光伏逆变器系统状态矩阵、输入和输出矩阵的基础上,借助matlab软件对系统的可控性和可观性进行了研究,证明了系统是可控和可观的,为控制系统的设计提供了理论基础。然后分析了光伏逆变器控制系统的性能指标,提出了PI与重复控制相结合的控制策略,并通过实验结果表明该控制策略对逆变器输出电压控制的有效性。并且根据前述分析的控制原理和结构,设计和实现了一套以DSP处理器为核心的数字化光伏逆变器控制系统,给出了该数字化控制系统硬件和软件设计的具体过程和步骤。在此基础上设计了若干实验,验证了该数字化控制系统在逆变输出电压波形控制、幅值控制、频率控制和相位控制方面的有效性。最后对全文做了总结,并指出了有待进一步研究的方向。 【关键词】：太阳能 光伏 三相逆变器 PI控制 重复控制 数字信号处理器
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-23
• 1.1 研究背景及意义9-14
• 1.1.1 光伏发电的应用前景9-12
• 1.1.2 光伏逆变器研究的必要性12-14
• 1.2 国内外研究现状14-21
• 1.2.1 光伏发电的基本原理及组成14-16
• 1.2.2 光伏发电系统的分类16-17
• 1.2.3 光伏逆变器的拓扑结构17-19
• 1.2.4 光伏逆变系统的控制方法19-21
• 1.3 论文的主要研究内容21-23
• 第2章 光伏逆变器的建模分析23-32
• 2.1 逆变桥路平均值增益模型分析23-25
• 2.2 单相光伏逆变器建模分析25-26
• 2.3 三相光伏逆变器建模分析26-31
• 2.4 小结31-32
• 第3章 三相光伏逆变器控制系统的整体设计32-42
• 3.1 被控对象实物及其参数的确定32-34
• 3.2 系统可控性和可观性分析34-36
• 3.3 PWM和SPWM逆变器控制技术36-38
• 3.4 三相光伏逆变器控制系统的整体设计38-41
• 3.4.1 控制系统设计的目标38-39
• 3.4.2 控制原理及框图39-40
• 3.4.3 数字化控制系统的特点与构成40-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第4章 数字化控制系统的硬件设计与实现42-49
• 4.1 硬件系统的结构42-43
• 4.2 硬件电路的设计43-48
• 4.2.1 板级供电系统43-44
• 4.2.2 DSP控制核心电路44-46
• 4.2.3 采样电路46-47
• 4.2.4 过零点检测电路47-48
• 4.2.5 保护电路48
• 4.3 本章小结48-49
• 第5章 数字化控制系统的软件设计与实现49-58
• 5.1 软件系统的构成49
• 5.2 重要数据结构49-50
• 5.3 模块的设计与实现50-57
• 5.3.1 主程序50-51
• 5.3.2 初始化51
• 5.3.3 软启动51-52
• 5.3.4 SPWM的生成52-53
• 5.3.5 下溢中断53-55
• 5.3.6 捕获中断55
• 5.3.7 监控模块55-57
• 5.4 本章小结57-58
• 第6章 实验结果分析58-64
• 6.1 性能指标的确立58-59
• 6.2 实验结果59-63
• 6.2.1 设计平台结果展示59
• 6.2.2 幅值控制效果59-60
• 6.2.3 波形控制效果60-61
• 6.2.4 频率和相位控制效果61-62
• 6.2.5 动态调整效果62-63
• 6.3 本章小结63-64
• 第7章 总结与展望64-66
• 7.1 工作总结64
• 7.2 对后续课题研究的思考与展望64-66
• 参考文献66-71
• 致谢71-72
• 攻读学位期间发表的论文72

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