光伏并网逆变器的研究与实践

【摘要】： 光伏并网发电技术是当今世界光伏发电的趋势，发展光伏发电技术并使其得到广泛的应用对于缓解常规能源的短缺和减少环境污染具有重要作用。并网逆变器是光伏发电系统的核心部件，为提高光伏发电系统的整体效率，以DSP(Digital Signal Processor)TMS320LF2407为主控制芯片，设计了一台3kWp的并网逆变器。 详细分析单相光伏并网逆变器的主电路拓扑结构和工作原理，对不同开关模式下功率器件的工作状态进行了分析。提出并网逆变输出反馈控制和电网电压前馈控制技术上，给出电压电流双闭环控制；为防止同一桥臂的上下管直通，注入一定的死区时间，采用电流采样和预测电流相结合法对死区进行补偿，后对系统模型进行仿真，改善了输出波形。 基于DSP设计出单相并网逆变系统的主控制电路，包括时钟电路、通讯电路、驱动电路、采样电路等；并对主电路关键参数的选择及滤波电路进行设计。给出系统软件主程序、PWM中断子程序和CAP捕获中断子程序流程图，实现了系统硬件电路设计和控制策略。 太阳能光伏阵列的输出特性因受外界环境因素影响呈非线性，介绍最常用最大功率跟踪方法，利用变步长的算法跟踪电池阵列最大输出功率。分析了系统并网时发生孤岛效应的原因及其危害，介绍主动式和被动式检测方法与防止策略。 最后对基于DSP的电压源电流输出控制的光伏并网逆变器进行实验结果分析，结果显示：输出功率因数接近1，快速稳定追踪太阳电池最大输出功率，并以与电网电压同频同相正弦电流波形送入电网，提高了系统逆变效率，保证其安全可靠运行。 【关键词】：数字信号处理器 光伏发电 并网逆变器 正弦脉宽调制 最大功率点跟踪
【学位授予单位】：南京农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 课题研究背景及意义8-9
• 1.2 光伏并网系统的发展9-10
• 1.3 光伏并网系统介绍10-12
• 1.3.1 光伏并网系统工作电路原理10-11
• 1.3.2 并网逆变器功能11-12
• 1.4 本课题工作内容与创新点12-14
• 第二章 光伏并网逆变器的控制技术14-39
• 2.1 单相并网逆变器工作原理与分析14-16
• 2.1.1 单相并网逆变器主拓扑结构及工作原理14
• 2.1.2 光伏并网系统主电路工作分析14-16
• 2.2 光伏并网控制目标16
• 2.3 并网逆变器的控制实现16-25
• 2.3.1 并网逆变输出反馈控制17-18
• 2.3.2 开环逆变输出性能18-19
• 2.3.3 PI调节器设计及经其校正后系统性能19-20
• 2.3.4 电网电压的前馈控制20-22
• 2.3.5 直流电压控制22-24
• 2.3.6 电压电流双闭环控制24-25
• 2.4 SPWM技术及死区补偿25-35
• 2.4.1 SPWM技术25-29
• 2.4.2 死区效应及死区补偿29-32
• 2.4.3 DSP的PWM脉冲序列产生32-35
• 2.5 基于DSP的锁相控制技术35-37
• 2.5.1 锁相的原理35
• 2.5.2 锁相控制的设计与实现35-37
• 2.6 系统模型与仿真37-39
• 第三章 基于DSP并网逆变器硬件结构设计39-57
• 3.1 DSP TMS320LF2407概述及应用39-41
• 3.2 并网逆变控制硬件设计41-42
• 3.3 主电路关键参数选择42-43
• 3.3.1 主开关器件的选择42
• 3.3.2 直流侧电容的选择42-43
• 3.3.3 逆变输出滤波器的设计43
• 3.4 DSP主控制电路的设计43-55
• 3.4.1 DSP最小系统设计43-47
• 3.4.2 TMS320LF2407扩展系统设计47-55
• 3.5 保护电路的设计55
• 3.6 硬件系统的优化设计55-57
• 第四章 基于DSP并网系统软件结构设计57-61
• 4.1 DSP软件开发流程57-58
• 4.2 开发环境介绍58-59
• 4.3 系统软件设计59-61
• 第五章 光伏阵列最大输出功率跟踪61-69
• 5.1 太阳能光伏发电工作原理及电路特性61-64
• 5.2 光伏最大功率跟踪法64-69
• 第六章 光伏并网发电系统的孤岛效应69-75
• 6.1 孤岛效应危害及国际通行标准69-70
• 6.2 孤岛效应的检测与防止70-75
• 第七章 实验结果与分析75-80
• 7.1 IGBT驱动波形75-77
• 7.2 逆变系统输出波形77
• 7.3 PCB及实物77-80
• 第八章 总结与展望80-82
• 8.1 总结80
• 8.2 展望80-82
• 参考文献82-85
• 攻读硕士学位期间发表的论文85-86
• 致谢86

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