光伏并网软件锁相技术的研究

【摘要】：新能源的开发和利用是当前世界各国在实现人类可持续发展中所面临的重大机遇和挑战，实现可持续发展就要更加节约、高效方便利用电能。在新能源开发中太阳能发电发挥了重大的意义，并网是太阳能发电的一个重要发展趋势；为了防止电网中造成瞬态电流冲击，损坏发电系统。并网中需要使用锁相环跟踪电网电压的频率和相位，保证并入到电网的电压能够和电网中的电压频率以及相位相同。影响并网系统稳定的一个重要因素是锁相精度和锁相速度，传统的锁相技术中锁相精度与锁相速度一直存在着矛盾，研究一种兼顾两者性能的锁相技术在并网的发展中具有深远的意义。 本文中采用TI公司生产的TMS320F2812作为主电路的控制芯片，设置F2812内部的事件管理器中周期寄存器TIPR和比较寄存器CMPR的值产生三角载波和正弦调制波比较值，实现正弦脉宽调制控制逆变器的输出电流。利用电压互感器和电流互感器采集电网电压获得相位和频率信息，然后进行A/D转换，根据A/D转换后的数据进行计算相位差和电网频率。将计算出的相位差作为调整量进行调节并网电流的相位。通过改变F2812的T1PR改变三角波的周期达到跟踪输出电压的相位。 文中介绍了锁相环的几种工作状态并通过MATLAB7.8进行仿真分析。比较模拟锁相环与数字锁相环的性能，提出软件锁相方法的优点。设计中利用不对称规则采样法产生SPWM波，在软件锁相设计过程中由于逐次逼近算法虽然精度比较高但是锁相速度比较慢，而最优时间锁相算法可以在一个周期内完成相位的锁定，锁相速度最快，但是超调量非常大。因此基于此基础上提出了一种先粗调后细调的算法，兼顾了锁相的速度与锁相的精度。最后在CCS3.3开发环境上完成软件设计。 【关键词】：软件锁相 SPWM 逆变器 TMS320F2812
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615;TN911.8
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-5
• 目录5-7
• 第1章 绪论7-12
• 1.1 并网研究背景与意义7-8
• 1.1.1 太阳能发电系统研究背景7-8
• 1.1.2 并网研究的背景及其意义8
• 1.2 软件锁相技术在并网中研究意义8-10
• 1.2.1 锁相技术研究背景以及现状8-9
• 1.2.2 软件锁相技术研究意义9-10
• 1.3 研究的主要内容和结构安排10-12
• 1.3.1 本文的研究内容10-11
• 1.3.2 本文的结构安排11-12
• 第2章 光伏并网系统组成12-27
• 2.1 并网系统组成结构12-14
• 2.1.1 并网主电路组成12-14
• 2.2 并网系统的各个组成部分14-19
• 2.2.1 光伏电池特性以及 MPPT 控制14-16
• 2.2.2 升压变换器16-18
• 2.2.3 逆变器结构图18-19
• 2.3 孤岛效应19-20
• 2.3.1 孤岛现象的产生和危害19
• 2.3.2 孤岛效应检测19-20
• 2.4 锁相环原理20-26
• 2.4.1 锁相环基本原理20-22
• 2.4.2 锁相环基本组成22-25
• 2.4.3 锁相环的分类25-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第3章 硬件采样电路的设计27-38
• 3.1 信号调理电路组成27-29
• 3.2 采样电路设计29-31
• 3.2.1 电网电压采样电路29-30
• 3.2.2 逆变电流的采样电路30-31
• 3.3 A/D 转换电路设计31-33
• 3.4 过零点检测电路33-37
• 3.4.1 DSP 捕获单元介绍34-35
• 3.4.2 软件捕获流程图35-36
• 3.4.3 过零信号软件滤波算法36-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第4章 并网中锁相算法设计38-51
• 4.1 相位差检测算法38-42
• 4.1.1 相关函数分析算法38-39
• 4.1.2 傅立叶变换算法39-41
• 4.1.3 最小二乘相位检测算法41-42
• 4.2 相位差算法比较42-43
• 4.3 电网电压频率的计算43-44
• 4.4 相位矫正算法44-50
• 4.4.1 指针归零法45-46
• 4.4.2 逐次逼近算法46-47
• 4.4.3 最优时间 PLL47
• 4.4.4 有限脉冲 PLL47-48
• 4.4.5 先粗调后细调的锁相算法48-50
• 4.5 本章小结50-51
• 第5章 软件锁相实现过程51-69
• 5.1 DSP 实现锁相组成电路51-54
• 5.1.1 DSP 控制电路框图51-52
• 5.1.2 软件锁相控制框图52-54
• 5.2 逆变器控制的实现54-57
• 5.2.1 不对称规则采样法55-57
• 5.2.2 双极性 SPWM 波调制57
• 5.3 锁相过程的软件实现57-61
• 5.3.1 PWM 电路功能结构框图58
• 5.3.2 三角波的软件实现58-59
• 5.3.3 比较单元与 SPWM 输出59-61
• 5.3.4 死区时间设置61
• 5.5 锁相软件设计61-64
• 5.5.1 主程序流程图62-64
• 5.5.2 中断子程序流程图64
• 5.6 锁相算法的仿真比较64-68
• 5.7 本章小结68-69
• 第6章 总结与展望69-71
• 6.1 论文总结69
• 6.2 展望69-71
• 参考文献71-74
• 发表学术论文情况74-75
• 致谢75-76

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