基于DSP28335的光伏并网逆变器设计

【摘要】：随着社会经济的发展,世界各国对能源的需求越来越大,但是例如煤、石油等传统能源是不可再生能源,其储量越来越少,于是就促使了各国对新能源的开发利用。其中,取之不尽用之不竭的太阳能越来越受到各个国家的关注,并且陆续出台了一系列的扶持政策。在过去的六年中,光伏并网发电装机容量达到了数百万千瓦。其中,与光伏电池板和电网相连的并网逆变器是整个光伏发电系统的核心部分。 本文以三相光伏并网逆变器为研究对象,根据光伏电池阵列的特点和逆变器的结构和原理,设计了基于DSP28335控制的DC-DC和DC-AC两级式光伏并网逆变器。DC-DC部分结构是由三路Boost电路组成。在Boost电路中根据光伏电池的输出特性实现了最大功率跟踪控制,并对几种常用的最大功率跟踪方法进行了仿真分析,改进了一种基于黄金分割[1][2]点变步长最大功率跟踪算法,并进行了仿真,结果表明该算法功率跟踪速度快、稳定性好、系统利用率高。在DC-AC部分,采用电流前馈解耦控制方式,又根据工程实际以及正弦脉宽调制的不足,使用空间矢量脉宽调制法对输出信号进行调制,并根据SVPWM的原理,建立了数学模型,进行了仿真分析,结果表明电网电压与输出电流能够保持相位相同,证明了该调制方式的可行性,并且还提高了直流侧电压的利用率。在保护方面,本文理论上分析了被动式和主动频移式孤岛检测方法以及非检测区形成的原理,并对被动式和主动式反孤岛保护进行了仿真分析。 在理论分析的基础上,本文对西电微网项目中的两台16kW光伏并网逆变器主电路结构进行了设计选型,以及对DSP电路控制板、电流电压调理电路和DSP的SPI通信功能进行了设计,为相关的光伏并网逆变器设计以及辅助功能的开发提供了参考。最后,在样机上进行了实验验证,结果表明系统结构及控制算法非常合理,逆变器能并网运行。 【关键词】：逆变器 MPPT 黄金分割 SVPWM 孤岛检测
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-21
• 1.1 太阳能及光伏发电的背景及意义11
• 1.2 光伏并网发电的发展现状11-15
• 1.2.1 国外光伏产业发展现状12-14
• 1.2.2 国内光伏产业发展现状14-15
• 1.3 光伏并网逆变器的现状及发展前景15-20
• 1.3.1 光伏并网逆变器的发展历程及方向16
• 1.3.2 光伏逆变器国内外发展现状16-17
• 1.3.3 光伏并网逆变器拓扑结构17-20
• 1.4 本课题的工程背景和所做的工作20-21
• 2 光伏阵列的建模与MPPT控制方法的研究21-38
• 2.1 光伏电池的数学模型21-24
• 2.2 光伏电池最大功率跟踪的原理和方法24-32
• 2.2.1 光伏发电MPPT的原理24-25
• 2.2.2 最大功率跟踪的方法25-32
• 2.3 最大功率跟踪仿真模型32-37
• 2.3.1 电导增量法仿真分析33-34
• 2.3.2 扰动观察法仿真分析34-36
• 2.3.3 黄金分割变步长扰动观察法仿真分析36-37
• 2.4 本章小结37-38
• 3 光伏并网逆变器结构及控制策略研究38-58
• 3.1 光伏并网逆变器结构38-40
• 3.2 PWM并网逆变器工作原理40-41
• 3.3 三相PWM光伏并网逆变器数学模型的建立41-46
• 3.3.1 矢量坐标变换41-44
• 3.3.2 光伏并网逆变器数学建模44-46
• 3.4 基于电流前馈解耦的PWM控制策略46-48
• 3.5 PWM波形调制方法48-54
• 3.5.1 SPWM波形调制方法48-49
• 3.5.2 SVPWM调制原理49-52
• 3.5.3 SVPWM实现算法52-54
• 3.6 光伏并网逆变器仿真分析54-57
• 3.7 本章小结57-58
• 4 光伏并网逆变器孤岛效应的研究58-67
• 4.1 孤岛效应的定义及危害58
• 4.2 孤岛效应的国际通行标准和对保护的要求58-59
• 4.3 反孤岛保护原理59-60
• 4.4 反孤岛保护检测方法60-63
• 4.4.1 被动式检测方法60-61
• 4.4.2 主动式孤岛检测法61-63
• 4.5 孤岛检测仿真分析63-66
• 4.6 本章小结66-67
• 5 16kW光伏并网逆变器系统设计67-83
• 5.1 三相光伏并网逆变器系统设计67-71
• 5.1.1 三相光伏并网系统简介67
• 5.1.2 三相光伏并网逆变器主电路设计67-71
• 5.2 光伏并网逆变器硬件电路设计71-73
• 5.2.1 DSP控制板设计71
• 5.2.2 信号调理电路71-72
• 5.2.3 电压电流硬件保护电路72-73
• 5.3 软件的设计73-80
• 5.3.1 DSP28335简介73-74
• 5.3.2 控制程序设计74-76
• 5.3.3 SPI通信程序设计76-80
• 5.4 实验分析80-82
• 5.5 本章小结82-83
• 6 总结与展望83-85
• 6.1 总结83
• 6.2 展望83-85
• 参考文献85-89
• 作者简历89-93
• 学位论文数据集93

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