三电平高效光伏并网逆变器DC-DC变换的设计与实现

【摘要】：在能源枯竭与环境污染问题日益严重的今天,新能源的开发与利用愈来愈受到重视,太阳能作为新能源之一,在能源危机愈演愈烈中,引起了越来越多的关注。光伏发电是当前利用太阳能的主要方式之一 中小功率逆变电源是光伏系统中重要的环节之一,其可靠性和效率对推广光伏系统、有效用能、降低系统造价至关重要,因而各国的光伏专家们一直在努力开发适于户用的逆变电源,以促使该行业更好更快地发展。非隔离型三电平光伏并网逆变器将太阳能电池板输出的电能经过DC-DC和DC-AC变换之后,将电能输送到电网上。省去繁重的变压器,具有体积小,重量轻,成本低,效率高的优点。 本论文重点关注逆变器系统中DC-DC变换的设计与实现,控制器采用DSP+CPLD的组合结构,实现了系统的数字化,提高了控制精确度。 本设计采用改进的ZVT-Boost软开关变换器,分析了其工作原理并确定了电路中主要元器件的参数及型号,最后通过仿真及实际调试验证了理论分析的正确性。实验结果表明,基本实现了主开关管和辅助开关管的软开关,效率高达99%。在论文中还搭建了光伏电池仿真模型,验证了温度和光照强度对太阳能电池板的影响。重点分析了几种常见的最大功率点追踪算法,提出了最终采用的MPPT控制方案,通过仿真得出此算法跟踪速度快,精确度高,又很好的解决了误判问题。 最后,搭建了实现系统性能所需要的硬件电路,编写了软件程序,对实验样机进行了调试,实验结果表明,运行效果良好,达到了预期的性能指标,具有良好的经济和社会意义。 【关键词】：光伏并网逆变器 Boost ZVT-PWM 最大功率点跟踪 DSP控制器
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 课题的研究背景11-12
• 1.2 光伏发电系统的简介12-13
• 1.3 光伏并网逆变器的电路拓扑13-15
• 1.3.1 隔离型并网逆变器结构14
• 1.3.2 非隔离型并网逆变器结构14-15
• 1.4 课题的主要研究内容及预期目标15-16
• 1.4.1 主要研究内容15-16
• 1.4.2 逆变器性能指标16
• 1.5 本论文的主要工作16-18
• 第二章 光伏升压DC-DC变换器研究18-32
• 2.1 引言18
• 2.2 光伏发电系统DC-DC变换电路的选择18
• 2.3 Boost电路的改进18-27
• 2.3.1. 软开关的概述19
• 2.3.2 基本的零电压转换PWM变换器19-22
• 2.3.3 改进的零电压转换PWM变换器22-27
• 2.4 DC-DC主电路参数的选择27-30
• 2.5 改进的零电压转换器闭环仿真30-32
• 第三章 光伏电池特性与MPPT算法32-48
• 3.1 引言32
• 3.2 光伏阵列的建模与工程计算方法32-34
• 3.2.1 光伏电池的数学模型32-33
• 3.2.2 光伏电池输出特性的工程计算方法33-34
• 3.3 光伏电池仿真模型的建立34-37
• 3.3.1 基于S函数的光伏电池模型34-35
• 3.3.2 光伏电池的电气特性仿真35-37
• 3.4 光伏发电的最大功率点跟踪(MPPT)算法的研究37-48
• 3.4.1 最大功率点跟踪的概念与原理37-39
• 3.4.2 扰动观察法39-42
• 3.4.3 变步长扰动观察法42-43
• 3.4.4 滞环比较法43-45
• 3.4.5 本文采用的最大功率点追踪算法及其仿真45-48
• 第四章 光伏升压DC-DC系统硬件电路设计48-60
• 4.1 引言48
• 4.2 系统控制电路设计48-49
• 4.3 DC-DC主回路设计49-50
• 4.4 Boost驱动电路的设计50-51
• 4.5 系统检测与保护电路的设计51-54
• 4.5.1 输入电流采样电路和过流保护电路51-52
• 4.5.2 输入电压检测电路及保护电路52-53
• 4.5.3 温度检测电路53-54
• 4.6 系统供电电路设计54-58
• 4.6.1 反激式开关电源工作原理54-55
• 4.6.2 反激式开关电源关键点设计55-56
• 4.6.3 PWM控制器UC2844概述56
• 4.6.4 反激式开关电源调试波形56-57
• 4.6.5 控制器供电电路设计57-58
• 4.7 显示及通讯电路的设计58-60
• 4.7.1 系统显示电路的设计58-59
• 4.7.2 通讯电路设计59-60
• 第五章 光伏系统DC-DC变换软件的设计与实现60-69
• 5.1 引言60
• 5.2 DSP中软件设计与实现60-64
• 5.2.1 AD采样滤波算法61
• 5.2.2 MPPT及PID控制程序61-63
• 5.2.3 Boost软启动程序63-64
• 5.2.4 通信协议设计64
• 5.3 CPLD软件部分实现功能64-69
• 5.3.1 软开关驱动信号产生64-65
• 5.3.2 软开关驱动波形纠错65-66
• 5.3.3 Boost软开关调试波形66-67
• 5.3.4 系统故障软件保护67-69
• 第六章 总结与展望69-70
• 附录 硬件平台70-71
• 参考文献71-74
• 致谢74-75
• 学位论文评阅及答辩情况表75

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