基于TMS320F2812 DSP光伏发电单相离网逆变器的研究

论文摘要

随着世界经济的不断发展,能源短缺和环境污染与经济快速发展的矛盾日益突出。世界各国为寻求经济的可持续发展,不断在探索可再生的环保的新能源。太阳能作为一种重要的可再生环保能源,在太阳能利用与开发过程中,如何把光伏阵列所产生的直流电能高效地转变为可用的市交流电能,成为世界各国在该领域的研究重点。将通用逆变器改造成光伏发电逆变器,可高效完成上述直流电能到交流电能的转换。如何提高逆变器的转换效率,降低逆变器的成本,是推进光伏发电市场化的关键。本文选用高性能数字信号处理芯片TMS320F2812 DSP为控制核心芯片,选用Infineon公司型号为IGP50N60T的IGBT(50A,600V)作为开关器件,以IR公司的IR2110作为驱动芯片,开展了光伏发电单相离网逆变器研究,通过运用电子技术、DSP技术和编程技术相结合,本论文完成了以下几项工作：1、介绍了光伏发电系统及其原理,重点分析了各种光伏发电系统在应用方面的优、缺点。分析比较了光伏发电逆变器三种重要的拓扑结构。本文采用全桥全波高频变压器隔离式逆变器结构,并根据设计要求选择了合适的开关器件2、完成了500W光伏发电逆变器的整体设计。给出了整个系统框图,介绍了各部分电路的作用。硬件电路采用TMS320F2812为主控芯片,并设计了电压采样电路、IGBT驱动电路以及辅助电源电路等。软件设计包括IGBT驱动程序设计、数字PI控制器子程序设计等内容。3、在500W样机上进行实验测试,结果表明直流电能经逆变器逆变后输出的正弦波交流电达到市电要求：电压为220V,偏差在允许范围±10%内；频率为50Hz±0.2 Hz,偏差在允许范围内。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 全球能源状况与环境问题
• 1.2 光伏发电逆变器的研究背景、目的、意义
• 1.2.1 光伏发电逆变器研究的国内外背景
• 1.2.2 光伏发电逆变器研究的目的、意义
• 1.3 光伏发电逆变器研究的现状
• 1.4 本课题研究的主要内容
• 1.5 本章小结
• 第2章 光伏发电系统及其原理
• 2.1 光伏发电系统的基本构成
• 2.2 太阳能电池光伏发电原理
• 2.2.1 太阳能电池光生伏打原理
• 2.2.2 太阳能电池等效电路
• 2.2.3 太阳能电池特性曲线
• 2.2.4 太阳能光伏发电系统基本器件
• 2.2.5 太阳能光伏阵列的一般结构
• 2.3 基于TMS320F2812 DSP光伏发电单相离网逆变器的系统框图
• 2.4 本章小结
• 第3章 离网型光伏发电系统逆变器主电路的设计
• 3.1 光伏发电逆变器的基本拓扑结构
• 3.1.1 推挽式逆变器
• 3.1.2 半桥式逆变器
• 3.1.3 全桥逆变器
• 3.2 样机主电路及其工作原理
• 3.3 高频脉冲变压器的设计
• 3.3.1 EE42铁芯视在功率的估算
• 3.3.2 高频变压器原边的匝数与线径的计算
• 3.4 其他器件选型
• 3.4.1 功率开关器件
• 3.4.2 滤波电感的选型
• 3.4.3 滤波电容的选型
• 3.5 本章小结
• 第4章 光伏发电逆变器控制电路的设计
• 4.1 基于TMS320F2812 DSP控制系统设计的优势
• 4.2 DSP芯片嵌入时的防电磁干扰措施
• 4.3 辅助电源的设计
• 4.4 IGBT栅极驱动电路
• 4.5 输出电压稳定的实现
• 4.6 复位电路设计
• 4.7 时钟电路设计
• 4.8 JTAG电路
• 4.9 本章小结
• 第5章 控制系统软件设计
• 5.1 PWM控制原理
• 5.1.1 正弦脉宽调制方式
• 5.1.2 三种基本的采样控制方法
• 5.2 TMS320F2812 DSP的PWM控制思想
• 5.2.1 Texas Instruments公司的DSP集成开发环境CCS（Code Composer）
• 5.2.2 高频逆变桥控制脉冲PWM的产生
• 5.2.3 工频变换器移相SPWM软开关技术的实现
• 5.2.4 数据表的计算和定标
• 5.2.5 数字PI控制器
• 5.2.6 系统主程序流程图
• 5.3 本章小结
• 第6章 系统实验结果和分析
• 6.1 驱动电路实验波形
• 6.2 逆变器输出电压波形
• 6.3 本章总结
• 第7章 总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及研究成果
• 致谢