基于DSP2812的5kW光伏逆变器研制

【摘要】：随着世界各国对能源和环境问题的持续关注,可再生能源的开发利用正呈现出加速发展的趋势。太阳能作为一种可再生资源,是人类可直接利用的清洁能源之一,因此开发利用太阳能具有重大的战略意义。而逆变器作为光伏发电系统中的重要器件,其可靠性和转换效率对推行光伏系统、降低系统造价至关重要。传统的逆变器通常在后级采用工频变压器来实现升压和电器隔离。这种逆变技术虽然性能可靠,但存在系统体积重量大、携带不便、成本高等缺点和不足。本文提出"Boost电路升压+全桥逆变”的设计方案,从而实现了直流输入、交流输出。 本文主要从以下几个方面对离网型光伏逆变器进行了研究： 1、本文对系统设计中将用到的Boost升压电路、全桥逆变电路的基本原理进行了详细阐述。并讨论了数字式PID控制算法的实现和在系统中的应用,分析了SPWM单相全桥逆变电路的控制技术及其实现方式。接着通过Matlab/Simulink软件分别对Boost升压电路和全桥逆变电路进行了仿真分析。 2、本文给出了主电路中各个器件的选型依据,并对功率器件IGBT的保护给予了重点论述。接着从以下几个环节展开逆变器的硬件电路设计：从系统设计要求到系统整体结构,器件比较选型、原理图及PCB布线图的设计到最后电路板的焊接及试验。整个硬件电路系统包括主电路、电源电路、驱动电路、信号调理电路、液晶接口显示电路等。本文对每个电路模块进行了单独设计。 3、本文对每个电路模块分别进行了调试,调试成功后对各电路进行了整合并研制了一台实验样机,调试给出了实验波形。实验结果证实了设计的正确性和可行性。该逆变器的研制成功对提升我国该类产品的技术水平、推动产品更新换代具有重要意义,且市场应用前景广阔,将为我国光伏发电的发展贡献一份力量。 4、在单相逆变器研制的基础上,对三相逆变器进行了初步探究。首先介绍了单周控制的基本原理。接着用单周控制来实现正弦脉宽调制SPWM,电路简单,动态性能好。最后利用这种方法对三相PWM逆变器电路进行了Matlab/Simulink建模和仿真,得出了输出正弦电流和功率因数接近1的预期结果,证明其原理上是可行的。 【关键词】：DSP2812 逆变器 全桥逆变 Boost变换器 PID算法 单周控制
【学位授予单位】：曲阜师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 绪论7-14
• 1.1 课题研究的背景和意义7
• 1.2 国内外光伏逆变器市场现状及发展趋势7-9
• 1.2.1 国际逆变器市场发展状况7-8
• 1.2.2 国内逆变器市场发展状况8-9
• 1.3 离网型逆变器组成及逆变技术发展9-11
• 1.3.1 离网型光伏逆变器的基本组成9-10
• 1.3.2 逆变技术发展10-11
• 1.4 光伏逆变器的性能指标及涉及的相关标准11-12
• 1.4.1 光伏逆变器的主要技术性能指标11-12
• 1.4.2 逆变器的相关标准12
• 1.5 本文研究的主要内容12-14
• 第二章 光伏逆变器系统及仿真分析14-31
• 2.1 光伏逆变器拓扑结构14-16
• 2.2 Boost DC/DC变换器基本原理16-18
• 2.3 逆变电路的基本原理18-20
• 2.3.1 逆变电路的定义和分类18-19
• 2.3.2 全桥逆变电路基本原理19-20
• 2.4 主要算法20-27
• 2.4.1 PID基本原理20-24
• 2.4.2 SPWM控制技术原理及实现24-27
• 2.5 逆变器系统的Matlab仿真分析27-30
• 2.5.1 BoostDC/DC电路27-28
• 2.5.2 逆变电路28-30
• 2.6 本章小结30-31
• 第三章 光伏逆变器硬件电路设计31-53
• 3.1 主电路器件的选型31-38
• 3.1.1 输入滤波电容31-32
• 3.1.2 升压电感和电容32-34
• 3.1.3 L、C滤波器件34-36
• 3.1.4 Boost电路IGBT和快恢复二极管36-37
• 3.1.5 逆变桥IGBT37-38
• 3.2 IGBT的保护38-41
• 3.2.1 IGBT栅极过电压保护38-39
• 3.2.2 浪涌过电压39
• 3.2.3 IGBT开关过程中的过电压保护39-40
• 3.2.4 IGBT过热保护40-41
• 3.3 主电路及外围控制电路的设计41-49
• 3.3.1 Boost升压及其控制电路的设计41-42
• 3.3.2 全桥逆变输出及其控制电路的设计42
• 3.3.3 IGBT驱动电路设计42-45
• 3.3.4 采样调理电路45-49
• 3.4 逆变器电源电路的设计49-50
• 3.5 DSP主控系统50-51
• 3.6 DSP控制器外围电路的设计51-52
• 3.6.1 键盘接口电路51
• 3.6.2 LED显示电路51-52
• 3.6.3 液晶显示接口电路52
• 3.7 本章小结52-53
• 第四章 样机制作与实验研究53-61
• 4.1 样机制作53-57
• 4.1.1 驱动板53-55
• 4.1.2 信号调理板55
• 4.1.3 人机交互板55-56
• 4.1.4 样机实物56-57
• 4.2 实验研究57-60
• 4.2.1 PWM控制信号输出实验57-58
• 4.2.2 检测信号实验58-59
• 4.2.3 逆变实验波形59-60
• 4.3 本章小结60-61
• 第五章 三相逆变器初探61-68
• 5.1 几种常见的三相逆变器61-62
• 5.2 单周控制原理62-63
• 5.3 基于单周控制的三相逆变器的Matlab仿真63-67
• 5.3.1 单周控制三相PWM逆变器工作原理63-65
• 5.3.2 单周控制的三相PWM逆变器仿真65-67
• 5.4 本章小结67-68
• 第六章 总结与展望68-70
• 6.1 总结68
• 6.2 展望68-70
• 参考文献70-72
• 致谢72

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