并网型单相光伏逆变器的研究

【摘要】： 在能源枯竭与环境污染问题日益严重的今天，新能源的开发与利用愈来愈受到重视，太阳能以其经济、清洁等优点倍受青睐，而逆变器又是系统中主要的能量变换装置，其性能的好坏，直接影响着太阳能利用效率的高低。本文针对既可独立运行又可并网运行的单相光伏逆变器，采用有效值外环、瞬时值内环的控制方法，既保证了逆变器输出的静态误差为零，又保证了逆变器的输出波形良好。为此，论文主要对系统的电路拓扑结构、控制方法以及并网过程中的数字锁相环和反孤岛保护等技术进行了分析研究。 首先，概述了太阳能利用的意义和广阔前景，给出本课题的主要研究内容，详细分析了逆变电源的主电路结构和工作原理，对控制电路的结构进行了简单的介绍，给出了同时满足独立和并网两种运行模式的输出滤波器结构和元件参数的计算过程，并通过仿真和实验验证了设计的合理性。 在分析主电路工作时序的基础上，阐述了并网型逆变器的控制目标，总结了并网运行时必须满足的条件，用结构框图的形式对当前比较流行的几种逆变电路的控制方法进行了对比分析。本文采用的基于SPWM控制的电压或电流输出控制的算法，具有开关频率固定、物理意义清晰、实现方便的优点，而且能够很方便的实现独立运行与并网运行之间的切换，并能保证输出波形良好，动态响应速度快。 随后，详细讨论了并网过程中的数字锁相环技术，对锁相环电路的组成、工作原理进行了研究，结合DSP控制芯片的捕获功能，针对电网电压同步信号采样电路存在滞后的特点，分析产生滞后的原因，采用超前α修正角的算法，并给出了程序的流程图，实验结果表明此方法可靠有效，能使逆变器输出电流与电网电压完全同相，达到功率因数为1的目的。 孤岛效应是光伏并网系统中必须解决的问题，本文对孤岛效应的含义及相关标准进行了说明，分析了产生孤岛效应的原因，说明了它的危害，证明了添加反孤岛效应保护的必要性，分别对孤岛效应的主动和被动检测法进行了介绍，并用MATLAB仿真工具对主动频率偏移法的反孤岛效应进行了仿真验证。 最后，采用TI公司的TMS320LF2407A DSP作为主控芯片，研制完成1kW实验样机，分别得出了独立运行和并网运行时的实验结果，结果表明，所采用的控制策略和设计的硬件电路能够满足设计要求，系统可安全、稳定运行。 【关键词】：光伏逆变器 并网运行 正激推挽变换器 数字锁相环 孤岛效应
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要7-9
• ABSTRACT9-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 国内外光伏并网发电的现状及发展趋势11-13
• 1.2 光伏发电的意义和存在的问题13-15
• 1.3 光伏发电系统的分类15-17
• 1.3.1 独立光伏发电系统15-16
• 1.3.2 并网光伏发电系统16-17
• 1.4 课题的主要内容及预期目标17-19
• 1.4.1 主要研究内容17-18
• 1.4.2 逆变电源的性能指标18
• 1.4.3 本论文的主要工作18-19
• 第二章 光伏逆变电源的电路结构分析19-35
• 2.1 主电路的电路拓扑结构及工作时序分析19-24
• 2.1.1 主电路的电路拓扑结构19-20
• 2.1.2 主电路的工作时序分析20-24
• 2.2 控制回路的构成与工作原理24-26
• 2.3 逆变器输出滤波器的设计26-30
• 2.4 系统的保护设计30-33
• 2.5 本章小结33-35
• 第三章 光伏并网逆变电源的控制技术35-47
• 3.1 光伏并网逆变器的输出控制35-38
• 3.1.1 并网逆变器的控制目标35-36
• 3.1.2 并网运行的条件36-37
• 3.1.3 并网逆变器的输出控制模式37-38
• 3.2 逆变电路的控制方式38-43
• 3.2.1 电压瞬时值单环反馈控制38-40
• 3.2.2 电流瞬时值单环反馈控制40-42
• 3.2.3 电压电流双环反馈控制42-43
• 3.3 基于SPWM的电压/电流型逆变器控制与仿真分析43-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第四章 数字锁相环的研究及其在并网逆变器中的应用47-57
• 4.1 锁相环(PLL)的原理及分类47-49
• 4.1.1 锁相环技术的发展47
• 4.1.2 锁相环的工作原理47-48
• 4.1.3 锁相环的分类48-49
• 4.2 基于 TMS320LF2407A的软件锁相环的实现49-53
• 4.2.1 TMS320LF2407A捕获单元概述49-50
• 4.2.2 电网电压同步信号的采集50-51
• 4.2.3 程序算法的实现51-53
• 4.3 同步锁相的具体实现及相位的调节53-56
• 4.4 本章小结56-57
• 第五章 光伏并网逆变电源的孤岛效应及其检测方法57-68
• 5.1 孤岛效应的含义及相关标准57-59
• 5.2 孤岛效应出现的原因59-60
• 5.3 孤岛效应的检测及反孤岛的研究60-64
• 5.3.1 孤岛效应的被动检测法61-62
• 5.3.2 孤岛效应的主动检测法62-64
• 5.4 反孤岛技术应用及MATLAB仿真64-67
• 5.5 本章小结67-68
• 第六章 系统的软件设计与实验结果分析68-77
• 6.1 控制系统的软件设计68-72
• 6.1.1 软件的主程序设计68-71
• 6.1.2 中断服务程序设计71-72
• 6.2 系统实验结果与总结72-75
• 6.3 总结与展望75-77
• 参考文献77-81
• 致谢81-82
• 攻读硕士期间发表的学术论文82-83
• 学位论文评阅及答辩情况表83

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