基于MCU控制的光伏并网逆变系统的设计与实现

【摘要】：随着人类社会的不断发展,人们对环境质量的要求越来越高,保护环境的呼声不断,与此同时随着不可再生能源的慢慢耗尽,国家及社会对可再生能源、新能源的需求更加强烈。而在那些可用于发电的如太阳能、风能、生物质能、潮汐能等清洁能源中,太阳能有着显著的优势。光伏发电是21世纪最热门的能源技术之一,是未来世界能源和电力的主要来源,是解决人类能源危机的重要手段,受到人们的广泛关注。作为光伏并网发电系统的核心部分,光伏并网发电系统逆变器主要作用是将光伏电池阵列所产生的直流电压转换为符合国家电网要求的交流电,并把该交流电馈送到国家电网中,补给国家电网需求。光伏并网发电系统中的逆变器在太阳能并网发电系统中起着非常重要的作用,整个光伏并网系统能否安全、可靠、稳定、高效地运行很大程度上取决于逆变器性能的好坏,并且在决定整个系统使用寿命的主要因素中占有重要分量。因此,推进光伏并网逆变技术的深入研究在促进和推广太阳能并网发电系统的广泛应用方面起着至关重要的作用。论文根据国内外现有的太阳能并网发电技术的研究进展现状,并阐述了研究和推广光伏并网发电系统在高效利用新能源的现实意义。首先,论文着重介绍光伏并网发电系统的基本构成、关键技术、工作原理,分析了几种传统光伏逆变器的优缺点,在此基础上确定实施方案。在满足光伏逆变器基本性能的前提下,本论文设计增加了过压保护、过流保护等一系列保护电路,并利用MCU控制器对相应的电压、电流进行实时监控,保证光伏逆变系统最大功率输出。其次,通过深入剖析系统设计的关键技术,提出了包括新型拓扑结构、系统转换效率的提高、智能化并网控制技术、检测技术、最大功率点跟踪控制(MPPT)、孤岛效应侦测与保护等一系列理论研究,为本文光伏并网逆变器系统设计的实现奠定了理论基础。进而通过相关理论研究和系统模块设计,完成系统的主要功能电路设计和MCU程序设计。再根据系统设计方案完成整个系统的整合、装配,并对系统进行了功能测试,各个指标均达到预先设定值。在安全、可靠传输电能的前提下,满足光伏发电的高质量、高效率并入电网的要求,同时提高系统整体效率、降低制造成本。最后,针对光伏并网逆变器的不足展开阐述并做出进一步研究规划,并对其发展前景进行了展望。 【关键词】：光伏发电 逆变器 MCU控制器 系统设计 MPPT
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• abstract6-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 研究背景与意义11-13
• 1.2 光伏发电在国内外的研究现状13-16
• 1.2.1 光伏产业整体现状13
• 1.2.2 光伏并网发电系统在国外发展现状13-14
• 1.2.3 光伏发电在国内研究现状14-15
• 1.2.4 逆变器在国内外的研究现状15-16
• 1.3 Z源逆变器的发展历程及特点16-17
• 1.4 本文主要工作17-18
• 1.5 本论文的结构安排18
• 1.6 本章小结18-19
• 第二章 光伏并网发电系统中的关键技术19-31
• 2.1 光伏并网发电系统基本结构19-20
• 2.1.1 光伏发电系统构成19
• 2.1.2 并网光伏发电系统工作机理19-20
• 2.2 Z源型逆变器电路拓扑20-23
• 2.2.1 常规型逆变器的电路拓扑20-22
• 2.2.2 Z源逆变器的电路拓扑22
• 2.2.3 本次设计逆变器的拓扑结构22-23
• 2.3 太阳能电池阵列最大功率点追踪控制23-27
• 2.3.1 太阳能电池特性23-25
• 2.3.3 什么是最大功率点追踪25-26
• 2.3.4 开环MPPT方法26
• 2.3.5 闭环MPPT方法26-27
• 2.4 保护技术27-29
• 2.5 孤岛效应保护29-30
• 2.5.1 什么是孤岛效应29
• 2.5.2 并网孤岛效应的侦测方法和实现29-30
• 2.6 系统开发工具的选择30
• 2.7 本章小结30-31
• 第三章 并网发电系统的各电路功能模块31-47
• 3.1 并网发电系统方案设计31
• 3.2 并网发电系统Z源逆变器设计31-36
• 3.2.1 电压型Z源逆变器设计31-33
• 3.2.2 电压型Z源逆变器设计技术问题33-36
• 3.3 逆变全桥功率器件硬件驱动电路设计36-37
• 3.4 检测电路设计37-40
• 3.4.1 短路检测37
• 3.4.2 交流并网电流的检测37-38
• 3.4.3 电网电压的检测38
• 3.4.4 直流侧电流与电压的检测38-39
• 3.4.5 反激电流检测39-40
• 3.5 光伏并网发电控制系统硬件电路设计40-46
• 3.5.1 控制系统硬件电路原理设计40-41
• 3.5.2 TMS320LF2407芯片的基本特点和资源配置[49]41-43
• 3.5.3 TMS320LF2407芯片引脚功能简介43-44
• 3.5.4 TMS320LF2407中ADC转换模块44-45
• 3.5.5 信号检测模块电路45-46
• 3.6 本章小结46-47
• 第四章 并网发电系统控制电路软件设计47-65
• 4.1 系统实现的技术、工具及特点47
• 4.2 控制电路软件模块设计47-50
• 4.3 控制系统的主程序设计50-53
• 4.4 初始化模块程序设计流程图53-56
• 4.5 中断处理程序的设计56-59
• 4.6 SPWM控制程序设计59-62
• 4.7 并网孤岛效应的侦测方法与实现62-64
• 4.8 本章小结64-65
• 第五章 系统仿真与实现65-77
• 5.1 仿真结果及分析65-69
• 5.2 太阳能并网逆变器系统测试平台与主要技术指标69-70
• 5.3 并网逆变系统实验、测试和分析70-72
• 5.4 控制电路软件系统的测试72-76
• 5.5 本章小结76-77
• 第六章 结论77-80
• 6.1 本文的主要贡献77-78
• 6.2 下一步工作的展望78-80
• 致谢80-81
• 参考文献81-84
• 攻硕期间取得的研究成果84-85

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