SVPWM算法在光伏逆变并网系统的研究与实现

【摘要】：随着传统能源的日益枯竭，如何高效地利用太阳能已经成为一个研究方向。由于太阳能发出的电能是直流电，而生活用电却以交流电为主，设计可靠性强、效率高、性能好的光伏逆变并网系统对太阳能利用有着重要的价值。光伏逆变并网系统通常采用全桥逆变，控制全桥IGBT开通与关断的PWM信号可采用正弦波与三角波调制出PWM波或通过电压空间矢量SVPWM生成PWM波，两种方式各有优缺点。 本文根据光伏电池的特性，介绍了不同光照和不同温度下光伏电池的输出电压、电流的关系，并给出最大功率点跟踪的原理，阐述了恒电压法、扰动观察法和电导增量法等最大功率点跟踪方法。由于光照变化会引起光伏电池输出电压的变化，给出了DC/DC电路的设计原理，用于稳定直流母线侧的电压，并分析了BOOST升压电路和Cuk斩波电路的原理。 采用TI公司的DSP---TMS320F2812作为主控制器，设计了光伏逆变并网系统的硬件电路，包括主控制器电路及附属电路、死区延时与隔离驱动电路、逆变电路、滤波电路、显示与通信电路、信号采集电路、AD转换电路以及保护电路，各部分电路都给出了电路原理图，并给出了部分电路中元器件参数选择的方法和电路设计结构。 利用设计的硬件电路，编写了光伏逆变并网系统的控制程序，介绍SPWM调制和SVPWM的生成PWM波的原理，推导出如何在TMS320F2812中生成SVPWM波的方式，使得逆变器输出电压幅值、相位、相序频率与电网一致。此外，编写了变步长扰动观察法实现MPPT的算法；显示与通信、AD转换、系统保护等子程序均有介绍。利用MATLAB软件对DC/DC模块和光伏发电模型做了仿真研究，并通过实验测试设计光伏逆变并网系统的性能，仿真和实验测试结果表明，设计的系统达到预期的目的，对减少逆变侧谐波、提高太阳能利用率有一定意义。 【关键词】：光伏逆变 MPPT SVPWM DSP 并网
【学位授予单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 1 绪论11-16
• 1.1 课题背景及研究意义11-12
• 1.1.1 我国的能源现状11-12
• 1.1.2 光伏发电现状12
• 1.2 国内外研究动态及水平12-14
• 1.2.1 国外研究现状12-13
• 1.2.2 国内研究现状13-14
• 1.3 论文主要内容和结构安排14-16
• 2 光伏电池与直流升压部分16-24
• 2.1 光伏电池介绍16-17
• 2.2 MPPT 介绍17-19
• 2.3 DC/DC 模块介绍19-23
• 2.3.1 BOOST 升压电路19-21
• 2.3.2 Cuk 斩波电路21-23
• 2.4 本章小结23-24
• 3 光伏逆变并网系统硬件设计24-47
• 3.1 主控制器 TMS320F2812 及附属电路设计24-27
• 3.1.1 TMS320F2812 介绍24-25
• 3.1.2 TMS320F2812 及其附属电路25-27
• 3.2 死区延时与隔离驱动电路27-32
• 3.2.1 硬件延时电路28-29
• 3.2.2 TMS320F2812 内部死区延时模块29-31
• 3.2.3 隔离驱动电路31-32
• 3.3 逆变主电路32-35
• 3.3.1 单相半桥逆变32-33
• 3.3.2 单相全桥逆变33
• 3.3.3 三相全桥逆变33-35
• 3.4 滤波电路35-37
• 3.5 显示与通信电路37-38
• 3.5.1 LCD 12864 液晶介绍37
• 3.5.2 通信电路37-38
• 3.6 信号采集电路38-43
• 3.6.1 电网电压信号采集和交流侧电流信号采集38-40
• 3.6.2 光伏电池输出信号采集40-42
• 3.6.3 直流母线电压信号采集42
• 3.6.4 电网频率、过零检测与缺相信号检测42-43
• 3.7 AD 采集电路43-44
• 3.8 保护电路44-46
• 3.8.1 过热保护44
• 3.8.2 短路保护和过流保护44-45
• 3.8.3 过压保护与欠压保护45
• 3.8.4 缺相保护45
• 3.8.5 孤岛检测45-46
• 3.9 本章小结46-47
• 4 光伏逆变并网系统的软件设计47-59
• 4.1 PWM 波生成程序及其谐波分析算法设计47-55
• 4.1.1 SPWM 介绍47-48
• 4.1.2 SVPWM 介绍48-50
• 4.1.3 采用 TMS320F2812 实现 SVPWM 的方式50-53
• 4.1.4 光伏逆变并网系统交流侧谐波分析算法设计53-55
• 4.2 改进扰动观察法的 MPPT55-56
• 4.3 信号采集子程序56-57
• 4.4 显示和通信子程序57-58
• 4.5 本章小结58-59
• 5 系统仿真和实验测试59-64
• 5.1 DC/DC 模块仿真59-61
• 5.2 光伏发电模型仿真61-62
• 5.3 实验测试62-63
• 5.4 本章小结63-64
• 6 结论与展望64-65
• 6.1 主要工作总结64
• 6.2 研究展望64-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-70
• 附录 A 部分程序清单70-73
• 攻读学位期间发表的学术论文目录73
• 参与的科研项目与获奖情况73-74

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