可并网三相光伏逆变装置的研究与设计

【摘要】： 随着市场经济和现代化工业的发展,能源短缺和环境污染,已经成为制约人类社会健康发展的两大重要因素。新能源的开发与利用愈来愈受到重视,太阳能以其清洁环保、蕴藏丰富等优点逐步得到了开发利用。光伏逆变电源作为太阳能利用中主要的能量变换装置,是目前研究和发展的重要环节。 本课题研究的是可并网三相光伏逆变电源,以追求体积小、效率高、精度大、方便实用为目的,采用了DC-HFAC-DC-LFAC三级功率传输架构,设计中使用了SPWM技术、SVPWM技术、内高频环技术、DSP数字控制技术和数字锁相环技术等前沿实用技术。 直流DC-DC变换器采用内高频环技术,既实现了电气隔离又大大的减小了装置体积。这一部分本文不做涉及,本文所涉及的内容为本系统的DC-AC逆变电源部分,本论文的主要内容如下: 首先,分析了几种DC-AC逆变器的主电路拓扑结构,根据其优缺点与实际应用需要,选择三相四桥臂结构作为本文主电路结构,满足了电网负载的不平衡性。在选择了三相四桥臂结构的基础上,选取两种最新的SVM控制方法:基于三态滞环的瞬时空间电流相量控制法与二维空间矢量控制法,对两种方法作出详细分析比较,根据实用性原则,选取二维空间矢量控制法作为本文的控制方法。 其次,选取了主控芯片TI公司的TMS320F2812,电路中的功能尽量数字化实现,既控制了电路体积,又大大提高了系统的安全性与可靠性。设计了本系统的控制电路、驱动电路、缓冲电路、保护电路、滤波器电路等系统电路,本系统所有硬件电路均设计完毕。为了验证设计的正确性,大部分电路都用ORCAD-Pspice仿真软件进行仿真验证,小部分电路搭建实际电路,设计电路都能达到系统设计要求。 随后,简单介绍了DSP编程环境CCS。详细分析了SVPWM的工作原理,并给出二维空间矢量法在DSP中的实现方法。介绍几种MPPT方法,并选取本课题所选用的方法。 最后,给出系统仿真,分析了重点模块,得到了仿真结果。 【关键词】：光伏并网电源 空间矢量脉宽调制 内高频环 三相四桥臂
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要10-11
• ABSTRACT11-13
• 第1章 绪论13-23
• 1.1 光伏产业崛起的背景及意义13
• 1.2 光伏产业的发展13-16
• 1.2.1 太阳能并网发电的国际形势13-14
• 1.2.2 我国光伏产业的发展现状及前景14-16
• 1.3 光伏发电系统简介16-19
• 1.3.1 光伏发电系统结构16-17
• 1.3.2 光伏发电系统并网标准17-19
• 1.4 本课题的研究内容与目标19-23
• 第2章 主电路拓扑结构及控制策略23-35
• 2.1 三相光伏逆变器的拓扑结构23-25
• 2.1.1 三相分裂电容式逆变器23-24
• 2.1.2 带NFT的三相桥式逆变器24
• 2.1.3 组合式的三相桥式逆变器24-25
• 2.1.4 三相四桥臂逆变器25
• 2.2 三相光伏逆变器的控制策略25-35
• 2.2.1 基于三态滞环的瞬时空间电流相量控制法26-30
• 2.2.2 二维空间矢量控制法30-35
• 第3章 光伏逆变器硬件电路设计35-59
• 3.1 主控芯片选择及其外围电路设计35-37
• 3.2 采样电路设计37-39
• 3.3 过流保护电路设计39-41
• 3.3.1 过载保护39
• 3.3.2 短路保护39-41
• 3.4 锁相电路设计41-42
• 3.5 驱动电路设计42-50
• 3.5.1 EXB841的工作原理42-46
• 3.5.2 EXB841的缺点与改进46-50
• 3.6 直流大电容设计50-52
• 3.7 缓冲电路设计52-53
• 3.8 光伏逆变器滤波电路设计53-56
• 3.8.1 独立运行时的LC滤波器设计53-55
• 3.5.2 并网运行时的LCL滤波器设计55-56
• 3.9 印刷电路板设计注意事项56-59
• 第4章 光伏逆变器软件设计59-73
• 4.1 DSP集成开发环境CCS59-60
• 4.2 电压空间矢量PWM子程序分析60-66
• 4.2.1 电压与磁链空间矢量的关系60-61
• 4.2.2 电压空间矢量调制的原理61-63
• 4.2.3 电压空间矢量调制的DSP软件实现63-66
• 4.3 最大功率点跟踪(MPPT)算法66-70
• 4.3.1 恒压跟踪法(CVT)66-67
• 4.3.2 扰动观察法(P&O)67-68
• 4.3.3 电导增量法(INC)68
• 4.3.4 滞环比较法68-69
• 4.3.5 模糊逻辑控制法69
• 4.3.6 CVT启动+单变量INC算法69-70
• 4.4 孤岛效应简述70-72
• 4.5 TMS320F2812编程注意事项72-73
• 第5章 仿真分析与后期工作展望73-81
• 5.1 仿真软件MATLAB简介73-74
• 5.1.1 MATLAB的特点73
• 5.1.2 MATLAB Simulink以及PSB简介73-74
• 5.2 系统仿真模型分析74-78
• 5.2.1 SVPWM调制波生成模块74-77
• 5.2.2 电压反馈环节77-78
• 5.2.3 仿真试验结果78
• 5.3 后期工作展望78-81
• 参考文献81-85
• 致谢85-87
• 攻读学位期间发表的学术论文及参与项目87-88
• 学位论文评阅及答辩情况表88

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