单相光伏并网逆变数字控制策略研究与实现

【摘要】： 能源危机和环境污染加速了人类对可再生能源利用的研究,可再生能源家族中资源量最大、分布最普遍的太阳能。光伏并网发电是太阳能利用的一个重要研究方向。光伏并网逆变器是光伏并网发电系统的核心部件,本文对单相光伏并网逆变数字控制策略做了研究,并在此基础上设计了基于DSP的3kW单相光伏并网逆变器。 (1)通过比较分析,得出并网逆变器采用电流控制模式更为合理的结论。在使用状态空间平均法和小信号分析的方法建立单相并网逆变器传递函数的基础上,提出了一种用于并网控制的改进型SPWM电流控制方式,并建立了以该控制策略为基础的电流型单相并网逆变系统闭环控制的Simulink仿真模型。 (2)考虑到太阳能电池特性具有强烈的非线性特点,本文在研究两种常用的最大功率跟踪控制方法的基础上,提出了一种改进型的扰动观察法实现对太阳能电池最大功率的跟踪,从而实现并网参考电流的幅值控制。 (3)针对并网参考电流相频的控制,采用基于异步变频调制的数字锁相算法,实现并网逆变器的并网电流对电网电压的频率和相位的跟踪,从而实现了对并网逆变器功率因数的控制。 (4)针对3kW的单相光伏并网逆变器的主要技术参数,提出了基于TMS320LF2407A实现的设计方案,然后对主控单元的硬件和软件部分做了详细分析,建立了基于DSP实现的Simulink仿真模型,并根据主控单元需要采集的信号,详细分析了信号检测板电路的设计。 (5)最后对信号检测板进行了实验调试,建立了3kW单相光伏并网逆变器的硬件平台,对本文设计的控制策略进行了实验验证。 本课题研究的单相光伏并网逆变数字控制策略,有效解决单相光伏并网逆变器的控制难题。实验结果表明,单相并网逆变器功率因数、并网电流THD、逆变效率等技术性能指标均达到或优于设计标准要求,系统运行稳定可靠,达到了预期的设计目标。 【关键词】：光伏并网逆变器 数字信号处理器 电流控制 最大功率跟踪 数字锁相
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TM615;TM464
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 光伏并网发电的广阔前景10-11
• 1.2 光伏并网发电技术现状及发展趋势11-13
• 1.3 项目的技术内容及作者承担的研究工作13-15
• 1.4 本文的主要研究工作15-16
• 第2章 单相并网逆变控制策略分析16-30
• 2.1 单相并网逆变的总体控制16-17
• 2.2 并网逆变的电流跟踪控制方式17-19
• 2.2.1 滞环控制电流瞬时值比较方式17-18
• 2.2.2 定时控制的电流瞬时值比较方式18
• 2.2.3 三角波比较方式的电流跟踪方式18-19
• 2.3 单相并网逆变系统的小信号分析19-22
• 2.3.1 逆变环节的传递函数19-20
• 2.3.2 电压源型电流控制的小信号分析20-22
• 2.4 改进型并网逆变电流跟踪方式22-26
• 2.4.1 电网电压前馈补偿23
• 2.4.2 PI 控制器23-26
• 2.5 单相并网逆变系统仿真26-30
• 第3章 单相光伏并网逆变参考电流的控制30-42
• 3.1 并网参考电流幅值的控制30-38
• 3.1.1 太阳能电池的特性曲线30-31
• 3.1.2 表面温度和日照强度对输出特性的影响31-32
• 3.1.3 太阳能电池最大功率点跟踪策略32-38
• 3.2 并网参考电流相频的控制38-42
• 3.2.1 基于DSP 的异步变频调制算法38-40
• 3.2.2 基于异步变频调制的数字化锁相算法40-42
• 第4章 基于DSP 的单相光伏并网逆变器设计与实现42-63
• 4.1 技术性能参数42
• 4.2 总体设计方案42-43
• 4.3 基于DSP 的主控单元的硬件设计43-47
• 4.3.1 微处理器的选择43-44
• 4.3.2 主控单元的硬件结构及组成44-47
• 4.4 基于DSP 的主控单元的软件设计47-56
• 4.4.1 控制软件设计基本思想47-50
• 4.4.2 控制软件的实现50-56
• 4.5 信号检测单元设计56-63
• 4.5.1 电网电压的检测56-59
• 4.5.2 并网电流的检测59-60
• 4.5.3 太阳能电池电压的检测60-61
• 4.5.4 太阳能电池电流的检测61-63
• 第5章 实验调试及分析63-67
• 5.1 测试环境63
• 5.2 信号检测板调试63-65
• 5.2.1 1.5V 提升电压检测63
• 5.2.2 市电电压检测63-64
• 5.2.3 并网电流检测64-65
• 5.2.4 直流侧电压检测65
• 5.2.5 直流侧电流检测65
• 5.3 并网实验结果分析65-67
• 总结与展望67-69
• 1. 本文主要研究成果67
• 2. 本文研究工作展望67-69
• 参考文献69-73
• 致谢73-74
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录74-75
• 附录B 攻读学位期间参加的科研项目75-76
• 附录C 部分程序源代码76-82
• 附录D 3KW 单相光伏并网逆变器部分电路板82

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