500W单相光伏并网逆变器的研制

【摘要】：太阳能资源是取之不尽用之不竭的绿色能源，光伏发电作为太阳能资源利用的有效方式，正受到世界各国的重视，其中光伏并网发电技术具有较高的能源利用率和较低的维护费用。光伏并网逆变器是光伏并网发电系统的关键环节，其硬件系统设计和控制策略研究已成为光伏并网技术研究的热点课题。本文在深入学习和理解光伏并网发电领域的最新研究成果的基础上，设计了500W单相光伏并网逆变器实验样机，并在硬件系统设计，控制策略和计算机仿真等方面进行了分析。本文的主要工作如下： (1)设计了DC-DC-LFAC两级式单相光伏并网逆变器实验样机的硬件系统，主要介绍了逆变器主电路、辅助电源、检测电路、驱动电路等模块的设计方法，并通过原理图详细介绍了各模块的工作原理，元器件选购等细节；最后对DSP硬件资源的分配情况做了简要介绍。 (2)介绍了太阳能电池的工作原理、等效电路模型和工程数学模型，构建了太阳能电池的MATLAB仿真模型，对太阳能电池最大功率点跟踪的原理，及各种最大功率点跟踪算法作了简要介绍，提出了基于扰动观察法和遗传算法的最大功率点跟踪算法，并通过MATLAB的遗传算法工具箱进行了仿真，结果表明该算法具有极好的抗干扰能力和较快的搜索速度。 (3)对单相光伏并网逆变器的控制策略进行了探讨，比较了电流滞环跟踪控制和SPWM电流控制的优缺点，详细分析了SPWM闭环电流控制的原理，并通过MATLAB验证了该方法的合理性，最后阐述了该方法在TMS320F2812上的实现过程。 (4)完成了基于TMS320F2812的软件系统设计，主要包括基于DSP的软件锁相环、FIR滤波器设计、IIR滤波器设计、信号预测等模块，最后通过TI的实时多任务操作系统DSP/BIOS完成软件系统设计。 【关键词】：光伏并网逆变器 Boost电路 最大功率点跟踪 太阳能电池
【学位授予单位】：福州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM615;TM464
【目录】：

• 中文摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 绪论9-20
• 1.1 课题的研究背景9-11
• 1.1.1 国外光伏发电的现状和趋势9-10
• 1.1.2 国内光伏发电的现状和趋势10-11
• 1.2 课题的研究意义11
• 1.3 光伏技术概述11-14
• 1.3.1 光伏发电系统的构成11-13
• 1.3.2 光伏发电的应用类型13-14
• 1.4 光伏并网逆变器的研究概况14-19
• 1.4.1 光伏并网系统主电路的拓扑结构14-17
• 1.4.2 光伏并网系统的控制策略17-18
• 1.4.3 系统监控方法18-19
• 1.5 本文所做的主要工作19-20
• 第二章 系统硬件设计20-43
• 2.1 光伏并网系统主电路设计20-30
• 2.1.1 DC-DC 变换电路设计20-25
• 2.1.1.1 Boost 变换器工作原理21-22
• 2.1.1.2 Boost 变换器参数选择22-25
• 2.1.2 单相全桥逆变电路设计25-30
• 2.1.2.1 单相全桥逆变电路工作原理26-27
• 2.1.2.2 单相全桥逆变电路输出滤波器设计27-30
• 2.2 基于 TOPSwitch 的辅助电源设计30-34
• 2.2.1 设计目标30-31
• 2.2.2 器件选择31
• 2.2.3 反馈电路设计31-32
• 2.2.4 箝位电路和欠过压保护电路设计32
• 2.2.5 高频变压器设计32-34
• 2.3 检测电路设计34-37
• 2.3.1 直流电压、电流检测电路设计35
• 2.3.2 电网电压、电流检测电路设计35-36
• 2.3.3 电网电压同步信号采样电路设计36-37
• 2.4 驱动电路设计37-39
• 2.4.1 MOSFET 驱动电路设计37-38
• 2.4.2 IGBT 驱动电路设计38-39
• 2.5 保护电路设计39-40
• 2.5.1 输入过压欠压保护电路39
• 2.5.2 过流保护39
• 2.5.3 过频、欠频保护39-40
• 2.6 EMC 滤波器设计40
• 2.7 DSP 硬件资源分配40-42
• 2.8 本章小结42-43
• 第三章 太阳能电池及其 MPPT 控制43-53
• 3.1 太阳能电池工作原理43
• 3.2 太阳能电池模型43-46
• 3.2.1 太阳能电池电路等效模型43-44
• 3.2.2 太阳能电池工程用数学模型44-46
• 3.3 最大功率点跟踪原理46-47
• 3.4 常用的 MPPT 算法47-50
• 3.4.1 定电压跟踪法(CVT)47
• 3.4.2 扰动观察法(P and O)47-48
• 3.4.3 电导增量法(INC)48-50
• 3.5 基于遗传算法和扰动观察法的 MPPT 算法50-52
• 3.6 本章小结52-53
• 第四章 单相光伏并网逆变器的控制策略53-64
• 4.1 电流滞环跟踪控制53-54
• 4.2 SPWM 电流控制技术54-60
• 4.2.1 并网逆变器的 SPWM 技术55-57
• 4.2.2 基于 SPWM 的并网逆变器闭环控制技术57-60
• 4.2.2.1 SPWM 电流闭环控制分析58-59
• 4.2.2.2 SPWM 电流闭环控制 MATLAB 仿真59-60
• 4.3 基于 DSP 的 SPWM 实现60-62
• 4.4 本章小结62-64
• 第五章 系统软件设计64-76
• 5.1 基于 DSP 的软件锁相技术64-65
• 5.2 FIR 滤波器设计65-67
• 5.2.1 FIR 滤波器原理65-66
• 5.2.2 窗函数法设计 FIR 滤波器66-67
• 5.2.3 MATLAB 仿真分析67
• 5.3 预测算法67-68
• 5.4 IIR 滤波器设计68-70
• 5.5 基于 DSP/BIOS 的软件系统设计70-75
• 5.5.1 DSP/BIOS 简介70-71
• 5.5.2 系统线程规划71-72
• 5.5.3 线程优先级分配72-73
• 5.5.4 线程间通信与同步73-74
• 5.5.5 任务的执行过程74-75
• 5.6 本章小结75-76
• 第六章 实验结果76-79
• 结论79-81
• 参考文献81-86
• 致谢86-87
• 附录87-90
• 个人简历、在学期间发表的学术论文90

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