基于DSP的光伏并网发电系统研究

【摘要】：随着全球经济的快速发展和人们生活质量的不断提高,以及化石能源的逐步消耗,能源枯竭与环境污染问题成为当今面临的重大问题之一,也成为制约社会经济发展的瓶颈,新能源的开发与利用成为全球的焦点。太阳能以其经济、清洁等优点倍受青睐,光伏逆变器作为发电系统中主要的功率变换装置,其性能的好坏,直接影响着太阳能利用效率的高低。本设计针对既可独立运行又可并网运行的单相光伏逆变器,通过对系统的电路拓扑结构、能量控制方法以及并网过程中的数字锁相环和孤岛保护等技术问题进行了分析研究。 本设计首先在结合光伏电池的基本发电原理和输出特性的基础上,分析比较了几种常用的MPPT算法,结合其优缺点,提出一种改进的变步长增量式MPPT算法,使光伏电池工作于最大功率点,获得高效输出。 随后在电路层面,详细分析了逆变电源的主电路结构和工作原理,对控制电路的结构进行了简单的介绍,提出了两级式拓扑结构。前级采用BOOST升压变换器以匹配不同电压等级输入,给出了主电路的主要储能元件等参数选择,建立了BOOST功率级的小信号模型。 在分析主电路工作时序的基础上,阐述了并网型逆变器的控制目标,总结了并网运行时必须满足的条件,对当前比较流行的几种逆变电路的控制策略进行了对比分析。本文采用的基于SPWM的电流输出控制的算法,具有开关频率固定、物理意义清晰、实现方便的优点,保证输出波形良好,动态响应速度快。 随后,讨论了并网过程中的数字锁相环技术、孤岛效应等光伏并网系统中必须解决的问题,本文对孤岛效应的含义及相关标准进行了说明,分析了产生孤岛效应的原因,说明了它的危害。 最后,采用FREESCALE公司的DSP56f8346作为主控芯片,研制完成1kw实验样机并,实验结果表明所采用的控制策略和设计的硬件电路能够满足设计要求,系统可安全、稳定运行。 【关键词】：光伏逆变器 并网运行 MPPT 数字锁相环 孤岛效应
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 背景知识综述10
• 1.2 光伏发电系统的分类10-12
• 1.2.1 独立型光伏发电系统10-11
• 1.2.2 并网型光伏发电系统11-12
• 1.3 光伏发电系统的研究现状及发展趋势12-14
• 1.4 论文的研究意义14-15
• 1.5 本课题的研究任务15-17
• 1.5.1 课题研究主要目标15
• 1.5.2 课题研究主要内容15-17
• 第二章 太阳能电池模型及光伏逆变器拓扑分析17-28
• 2.1 光伏阵列输出特性17-20
• 2.1.1 太阳能电池的简化数学模型17-18
• 2.1.2 光伏阵列输出的伏安特性18-20
• 2.2 光伏阵列控制及最大功率点跟踪20-25
• 2.2.1 几种常用的MPPT算法20-23
• 2.2.2 本课题采用的MPPT算法23-25
• 2.3 光伏逆变电源拓扑结构分析与比较25-28
• 2.3.1 常用主电路的拓扑结构及工作时序25-26
• 2.3.2 本课题采用的拓扑结构26-28
• 第三章 光伏并网逆变器控制系统方案及策略实现28-42
• 3.1 控制系统整体方案28
• 3.2 光伏逆变器控制策略28-32
• 3.2.1 常用直流控制策略分析比较29-30
• 3.2.2 本课题采用的控制策略30-32
• 3.3 锁相环技术研究及应用32-34
• 3.3.1 锁相环技术的发展及分类32-33
• 3.3.2 锁相环的工作原理33-34
• 3.4 光伏逆变电源孤岛效应及其检测方法34-42
• 3.4.1 孤岛效应概念及相关标准34-37
• 3.4.2 孤岛效应形成原因及检测方法37-42
• 第四章 光伏并网逆变器硬件电路设计42-71
• 4.1 光伏并网发电控制系统总体结构设计43-44
• 4.2 主电路主要模块设计44-60
• 4.2.1 数据采集模块设计44-50
• 4.2.1.1 电压采样调理电路44-49
• 4.2.1.2 电流采样调理电路49-50
• 4.2.2 Boost电路建模与参数设计50-55
• 4.2.3 DC-AC模块关键元件参数设计55-57
• 4.2.4 系统的保护电路设计57-60
• 4.3 主控单元DSP的选用及特点60-62
• 4.4 光伏发电系统辅助电源的实现62-71
• 4.4.1 DPA-Switch系列开关电源模块介绍62-65
• 4.4.2 DC-DC电源模块介绍65-67
• 4.4.3 电源模块在本课题中的应用67-71
• 第五章 光伏并网逆变器控制系统软件设计71-78
• 5.1 软件开发环境CodeWarrior介绍71-72
• 5.2 控制主程序设计72-78
• 5.2.1 PWM控制ADC同步采样子程序72-74
• 5.2.2 SPWM脉冲发生子程序流程图74-76
• 5.2.3 同步锁相过程的实现76-78
• 第六章 实验结果及工作展望78-83
• 6.1 实验结果分析78-81
• 6.2 工作总结及展望81-83
• 参考文献83-87
• 致谢87-88
• 攻读学位期间发表的学术论文目录88-89

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