电流型光伏并网逆变控制器研究及实现

【摘要】：随着经济的飞速发展,人类文明的不断进步,人类的环保意识逐渐增强。太阳能以其洁净、经济、储量丰富等优点备受关注,太阳能发电技术被人们一直看好。在太阳能发电并网系统中,并网逆变器成为了整个系统的核心。当今数字技术日新月异,使得专用的数字信号处理器芯片得以出现,保证了先进的控制策略在数字系统中得以实现。论文对光伏发电并网逆变控制器做了详细的阐述,在最大功率跟踪、并网控制策略和锁相器的设计等一些方面做了深入的研究。 论文首先介绍了当前光伏发电的背景和光伏发电系统的各种拓扑结构以及逆变技术的发展,并对并网逆变控制器的拓扑结构和控制系统进行了分析。 在此基础上,对并网逆变控制系统进行了硬件设计。并网逆变控制系统主回路为两级变换的拓扑结构：直流变换和逆变滤波两个环节。直流变换采用的是Boost直流升压电路来对直流电压进行升高,在直流升压电路后端设计了逆变电路和并网滤波器。为了保证并网电流与电网电压同频同相,在并网之前设计了锁相器。在系统的设计中,为避免强烈的电磁干扰,采取了控制板与主回路板分开设计的方法。控制板主要包括处理器核心电路,信号调理电路,采样电路和供电电源电路。论文中在各个器件参数的确定方面做出了详细的推导和计算。 同时,论文在定电压法、电导增量法等几种最大功率跟踪方法的基础上设计出了一种变步长断续扰动的最大功率跟踪的方法。在主回路的控制中利用了PID控制算法与神经网络相结合的方法来实现对逆变输出的控制；在并网锁相环中,设计了一种两次比较的可自动调节的锁相器来保证并网电流与电网电压同频同相。 最后,将整个系统各个部分电路组装进行联机调试。实验结果表明利用电流跟踪电网电压的并网逆变器的逆变效果良好,且并网电流能够跟踪电网电压,基本达到了并网要求。 【关键词】：光伏发电 并网逆变器 数字信号处理器 最大功率跟踪 锁相器
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 光伏并网发电逆变控制器研究的背景和意义9-10
• 1.2 光伏发电的现状及发展趋势10-14
• 1.2.1 国外光伏发电的现状及发展趋势10-12
• 1.2.2 我国光伏发电的现状及发展12-14
• 1.3 逆变控制技术在国内外的发展概况及发展趋势14-15
• 1.3.1 逆变控制技术概况14
• 1.3.2 逆变控制技术的发展14-15
• 1.4 并网逆变技术存在的问题及本文研究的目的和意义15
• 1.5 论文研究的主要内容15-17
• 2 光伏并网系统结构和并网逆变器17-25
• 2.1 光伏并网的结构17-22
• 2.1.1 集中式结构17-18
• 2.1.2 交流模块式结构18-19
• 2.1.3 串型结构19-20
• 2.1.4 多支路结构20-21
• 2.1.5 主从结构21
• 2.1.6 直流模块式结构21-22
• 2.2 逆变并网控制系统22-24
• 2.2.1 隔离型光伏并网逆变器结构22-23
• 2.2.2 非隔离型并网逆变器结构23-24
• 2.3 本章小结24-25
• 3 单相并网系统主电路和控制系统设计25-51
• 3.1 单相并网逆变器的技术指标25-26
• 3.2 光伏发电并网系统介绍26-27
• 3.3 并网逆变系统总体结构及各模块功能27-29
• 3.3.1 系统总体结构27-28
• 3.3.2 系统各部分介绍28-29
• 3.4 硬件系统的各部分设计29-50
• 3.4.1 升压电路的分析29-31
• 3.4.2 升压变换电路的参数设计31-34
• 3.4.3 升压电路仿真实验34-35
• 3.4.4 并网逆变器主电路工作原理35-37
• 3.4.5 主电路功率器件的选择37-39
• 3.4.6 系统输出滤波器的设计39-43
• 3.4.7 并网控制器的设计43-50
• 3.5 本章小结50-51
• 4 最大功率点跟踪51-59
• 4.1 光伏电池模型及特性51-52
• 4.2 几种最大功率跟踪方法52-55
• 4.2.1 定电压法52-53
• 4.2.2 电导增量法53-54
• 4.2.3 扰动观察法54-55
• 4.2.4 梯度法55
• 4.3 变步长断续扰动法55-58
• 4.3.1 变步长断续扰动法的原理55-56
• 4.3.2 MPPT控制器的设计56-57
• 4.3.3 实验和分析57-58
• 4.4 本章小结58-59
• 5 并网逆变控制策略的研究59-75
• 5.1 正弦脉宽调制逆变技术59-62
• 5.1.1 SPWM的基本原理59-60
• 5.1.2 SPWM生成方法60-61
• 5.1.3 SPWM生成的仿真实验61-62
• 5.2 并网逆变常用的控制方法62-67
• 5.2.1 数字和模拟的SPWM控制方法62-66
• 5.2.2 数字逆变器几种常用的控制方法66-67
• 5.3 基于PID的神经网络控制67-72
• 5.3.1 控制目的和方式67-69
• 5.3.2 PID神经网络的建立69-72
• 5.4 逆变控制系统仿真实验及分析72-74
• 5.5 本章小结74-75
• 6 并网方式及锁相控制75-83
• 6.1 并网形式的研究75-77
• 6.1.1 电压型并网75-76
• 6.1.2 电流型并网76-77
• 6.2 锁相控制77-80
• 6.2.1 数字锁相环基本原理77-78
• 6.2.2 锁相电路的设计78-79
• 6.2.3 锁相工作过程79-80
• 6.2.4 锁相调节工作流程80
• 6.3 系统调试和分析80-82
• 6.4 本章小结82-83
• 7 结论83-85
• 7.1 全文总结83
• 7.2 展望83-85
• 参考文献85-89
• 攻读硕士学位期间发表的论文89-90
• 致谢90-92

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