基于DSP的光伏并网逆变器研究

【摘要】：随着传统石化能源的消耗、其燃烧对环境的影响以及人类社会对能源需求不断增加,新型可再生绿色能源的开发和利用受到人们的广泛关注。光伏并网发电是目前应用最广泛的新型能源开发技术之一。该技术通过并网逆变器,将太阳能电池产生的直流能量送往具有大能量的电网。 实现把小能量输送到大能量的技术难点在于,需对并网逆变器的输出波形相位精准控制,选择特定时刻进行输送。同时,并网逆变器工作时所受干扰因素很多,如：直流侧电压波动、输出侧电网电压波动和逆变桥中桥臂死区效应等,这些干扰将导致逆变器输出波形中含有较大谐波分量,使系统动态反应速度慢、稳态精度低,特别是极大增加了快速精准跟踪电网电压相位的难度。文中分析了几种现有的输出控制策略,得出单独使用一种控制策略在解决上述问题时都有各自优点与不足,很难同时具备较快动态反应速度和较高稳态精度、输出波形受电网电压波动影响小以及对输出波形相位精准控制。 高速数字处理芯片(DSP)的出现推动了复合控制在并网逆变器的应用,它具有高速处理能力和极高精度并有丰富外设等,它的优良性能使得它能够实现对并网逆变器的精准控制。 本文主要讨论单项全桥并网逆变器的电路模型和数学模型。在此基础上,重点研究了PID控制和前馈控制相结合的复合控制算法与锁相环在并网逆变器中的应用。通过理论分析和仿真结果得出：带有锁相环的复合控制系统,受电网电压波动影响小、并可达到较快动态反应速度、较高稳态精度,同时能够实现其输出电流对电网电压相位、频率精确跟踪。 文中最后在DSP芯片TMS320F2808平台下,利用其内部模数转换模块和事件管理模块相互配合,给出了实现复合控制和锁相环的方法。 【关键词】：并网逆变器 MS320F2808 数字化精准控制 复合控制 锁相环
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-15
• 1.1 光伏并网逆变器研究背景11-12
• 1.2 光伏并网逆变器技术12
• 1.3 本文研究内容12-15
• 第二章 并网逆变器控制目标及策略分析15-21
• 2.1 并网逆变器控制目标15-16
• 2.2 单项并网逆变器拓扑结构16-17
• 2.3 并网逆变器输出控制策略17-20
• 2.4 本章小结20-21
• 第三章 复合控制及锁相环技术在并网逆变中的应用21-36
• 3.1 控制输出电流型单项并网逆变器模型21-22
• 3.2 PID控制技术22-26
• 3.2.1 PID控制原理22-24
• 3.2.2 PID参数整定24-25
• 3.2.3 PID控制在逆变器中的应用25-26
• 3.3 前馈控制技术26-30
• 3.3.1 前馈控制原理26-27
• 3.3.2 前馈控制在并网逆变器中的应用27-30
• 3.4 锁相环技术在逆变器中的应用30-34
• 3.4.1 锁相环原理30-31
• 3.4.2 并网逆变器中锁相环原理31-32
• 3.4.3 软件锁相环中的环路滤波算法实现32-34
• 3.5 本章小结34-36
• 第四章 复合控制及锁相环的仿真分析36-47
• 4.1 复合控制及锁相环的仿真36-45
• 4.1.1 开环系统仿真36-38
• 4.1.2 PID控制系统仿真38-39
• 4.1.3 复合控制系统仿真39-41
• 4.1.4 含锁相环的复合控制系统仿真41-45
• 4.2 仿真结果分析45
• 4.3 本章小结45-47
• 第五章 并网逆变器软硬件实现47-65
• 5.1 硬件部分47-51
• 5.1.1 IGBT逆变桥电路48-49
• 5.1.2 采样调理电路49-50
• 5.1.3 电网相位检测电路50-51
• 5.2 控制芯片TMS320F280851-52
• 5.3 TMS320F2808中SPWM波生成与调整52-57
• 5.3.1 增强型PWM单元(ePWM)53-54
• 5.3.2 增强型事件捕捉单元(eCAP)54
• 5.3.3 AD转换模块54-55
• 5.3.4 SPWM波生成与调整55-57
• 5.4 软件部分57-64
• 5.4.1 系统初始化57-58
• 5.4.2 ADC采样调整58-60
• 5.4.3 增量式PI算法60-62
• 5.4.4 锁相环实现62-64
• 5.5 本章小结64-65
• 第六章 总结与展望65-68
• 6.1 本文研究成果65-66
• 6.2 后续工作方向66-68
• 参考文献68-71
• 攻读硕士期间发表论文71-72
• 致谢72

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