基于双核控制器的单相光伏并网逆变器研究

【摘要】：光伏发电作为储量巨大、清洁无污染的新能源具有广阔发展前景。光伏并网逆变器是光伏发电系统中重要组成部分,中小功率的户用型单相光伏并网逆变器因投资小、使用灵活和适应性强等优点可应用在家庭、公司等诸多场合实现光伏发电,是普及光伏发电的重要手段。控制器作为其核心部件,决定了光伏并网逆变器的性能与成本。 光伏并网逆变器中的关键技术包括电网电压的锁相控制技术、最大功率跟踪技术和孤岛检测技术。本文对此进行了原理性说明,并详细介绍了当前的一些设计方法,同时结合中小功率光伏并网逆变器的特点给出了设计方案和优化思路。阐述了光照突变和阴影遮蔽情况下带来的最大功率跟踪误判的原因,在传统扰动观察法的基础上,提出了带有功率预测和阴影判断的优化算法。 针对两级式单相光伏并网逆变器,本文阐述了其工作原理和控制策略。设计了一种双电感式的高增益Boost电路作为逆变器的前级DC-DC变换器,可使系统在较宽的输入电压范围内正常工作。详细分析了后级DC-AC电流内环和电压外环的数学模型与PI校正设计方法,并进行了仿真验证。给出了电网电压前馈、电流预测、直流分量抑制等优化算法。 本文选择IRMCF143芯片作为系统的控制器,它是一款片上集成了双核处理器的逆变专用控制器。详细介绍了该控制器的内部结构与运行机制,并给出了通过该控制器进行800W单相光伏并网逆变器系统开发设计的流程与方案,通过控制器内部MCE处理器部分与8051处理器部分相对独立而又有机结合的设计方式,实现了系统性能与成本及开发周期的优化。 最后对系统硬件电路进行了设计,搭建了光伏并网逆变系统实验平台,实现了并网运行。对实验波形和结果进行了记录和分析,逆变器性能达到预期指标,额定功率运行时THD小于4%,效率高于93%,同时实现了设计方案中的各项功能。 【关键词】：光伏并网逆变器 双核控制器 最大功率跟踪 PI控制与优化设计
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-18
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义8-11
• 1.1.1 能源危机与光伏发电8-10
• 1.1.2 本课题的研究意义10-11
• 1.2 国内外光伏发电的发展概况11-14
• 1.2.1 国内外光伏产业发展概况11-13
• 1.2.2 国内外光伏并网逆变器发展概况13-14
• 1.3 光伏并网逆变器介绍14-17
• 1.3.1 逆变器与光伏阵列的组合方式14-16
• 1.3.2 光伏并网逆变器中的控制器16-17
• 1.4 本文的主要研究内容17-18
• 第2章 光伏并网逆变器中的关键技术18-31
• 2.1 引言18
• 2.2 电网同步锁相技术18-20
• 2.2.1 并网逆变器中的锁相技术18-19
• 2.2.2 电网同步锁相设计19-20
• 2.3 最大功率跟踪技术20-27
• 2.3.1 光伏电池模型与特性曲线20-21
• 2.3.2 MPPT 控制方法介绍21-22
• 2.3.3 最大功率跟踪的误判与解决22-26
• 2.3.4 最大功率跟踪算法设计26-27
• 2.4 孤岛效应检测技术27-30
• 2.4.1 孤岛效应的产生与危害27-28
• 2.4.2 孤岛效应的检测方法28-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 单相并网逆变器原理与控制31-45
• 3.1 光伏并网逆变器拓扑及原理31-36
• 3.1.1 单相光伏并网逆变器拓扑与原理31-34
• 3.1.2 脉宽调制技术在逆变器中的应用34-36
• 3.2 单相光伏并网逆变器控制方法研究36-42
• 3.2.1 控制目标与控制策略36-37
• 3.2.2 电流内环设计37-39
• 3.2.3 电压外环设计39-41
• 3.2.4 MATLAB/Simulilnk 下系统仿真41-42
• 3.3 控制算法的优化设计42-44
• 3.3.1 电网电压前馈补偿42-43
• 3.3.2 电流预测算法43
• 3.3.3 直流分量的抑制43-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第4章 基于双核控制器的系统设计45-62
• 4.1 总体设计方案45-46
• 4.2 IRMCF143 控制器46-53
• 4.2.1 IRMCF143 内部结构与运行机制46-51
• 4.2.2 IRMCF143 开发流程51-53
• 4.3 MCE 与8051 处理器的开发设计53-61
• 4.3.1 双核处理器的任务分配53-54
• 4.3.2 MCE 处理器的开发设计54-57
• 4.3.3 8051 处理器的开发设计57-60
• 4.3.4 系统故障的诊断与处理60-61
• 4.4 本章小结61-62
• 第5章 实验平台的搭建与结果分析62-72
• 5.1 系统硬件电路设计62-65
• 5.2 滤波器参数设计65-67
• 5.3 实验平台的搭建67-68
• 5.4 实验结果与分析68-71
• 5.5 本章小结71-72
• 结论72-73
• 参考文献73-78
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果78-80
• 致谢80

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