基于DSP的三相系统频率与相位跟踪研究

论文摘要

太阳能作为一种清洁、高效和可持续发展的新能源,日益引起了各国的广泛重视。光伏并网发电技术代表了太阳能发电技术的发展方向。本文重点研究了太阳能发电系统中的关键部件:光伏并网逆变器,其作用:一是使光伏阵列工作在最大功率输出状态;二是将光伏阵列产生的直流电能转换为交流电能,并且使逆变输出电流与电网电压保吃同步。本文首先介绍了太阳能电池的电气特性及最大功率输出点的跟踪方法,接着重点介绍了三电平逆变电路的结构,比较了逆变电路两种调制方法,重点分析了空间矢量调制的原理与实现步骤。本文紧接着介绍了基于瞬时无功功率理论的三相电网的锁相方法,针对三相电网不平衡情况下,传统软件锁相算法的不足,介绍了两种改进措施。建立了光伏并网逆变器在不同坐标系下的数学模型,重点研究了电压外环电流内环的双闭环矢量控制策略,以典型控制系统设计与工程经验整定相结合的办法解决比例与积分系数(PI)的整定问题。以TMS320F2812芯片为控制器设计了光伏逆变系统的软件部分,给出了系统软件算法的流程。利用MATLAB对空间矢量的调制算法、软件锁相算法和并网运行控制策略进行了仿真,总结了PI调节器的整定规律。仿真结果表明了并网控制策略的正确性:由太阳能电池板发出的能量能够以较高的功率因素反馈至电网。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的背景与意义
• 1.2 光伏逆变器的研究内容与现状
• 1.2.1 本文研究的主要内容
• 1.2.2 光伏并网逆变器的结构
• 1.2.3 国内外研究的现状
• 1.3 本文的主要内容安排
• 第二章 太阳能电池与输出功率控制
• 2.1 太阳能电池的特性
• 2.1.1 太阳能电池的等效电路
• 2.1.2 太阳能电池的特性
• 2.2 太阳能电池的工程数学模型
• 2.3 光伏阵列最大功率输出跟踪控制
• 2.3.1 最大功率点的跟踪方法
• 2.3.2 BOOST 电路实现最大功率跟踪
• 2.4 本章小结
• 第三章 逆变器的原理与调制算法
• 3.1 三电平逆变器的结构
• 3.2 逆变输出电平特性分析
• 3.3 逆变调制方法概述
• 3.4 正弦脉冲宽度调制
• 3.4.1 调制波反相的SPWM
• 3.4.2 载波同相的SPWM
• 3.4.3 载波反相的SPWM
• 3.5 空间矢量脉冲宽度调制
• 3.5.1 矢量控制的坐标变换
• 3.5.2 空间矢量脉冲宽度调制原理
• 3.5.3 SVPWM 计算方法
• 3.5.3.1 期望矢量区域的判断
• 3.5.3.2 小区域判断的简化算法
• 3.5.3.3 矢量作用时间计算
• 3.5.3.4 矢量作用时间简化算法
• 3.6 矢量转换原则
• 3.7 逆变器输出波形分析
• 3.8 本章小结
• 第四章 三相系统的锁相
• 4.1 并网逆变器对锁相方法性能的要求
• 4.2 锁相原理
• 4.3 硬件锁相
• 4.4 软件锁相
• 4.4.1 基于低通滤波器的锁相法
• 4.4.2 基于瞬时无功功率理论的锁相法
• 4.4.2.1 瞬时无功功率的锁相原理
• 4.4.2.2 锁相算法性能分析
• 4.4.2.3 锁相算法建模与仿真
• 4.5 电网畸变条件下锁相算法的改进
• 4.5.1 电网畸变对锁相算法的影响
• 4.5.2 软件锁相算法的改进
• 4.6 本章小结
• 第五章 逆变器的并网控制策略
• 5.1 并网控制模式的选择
• 5.2 并网逆变器的数学建模
• 5.3 典型控制系统设计法
• 5.3.1 电流内环的控制系统设计
• 5.3.2 电压外环的控制系统设计
• 5.4 控制系统的极零点配置法
• 5.5 控制系统的工程整定方法
• 5.5.1 实验凑试法
• 5.5.2 经验整定法
• 5.6 本章小结
• 第六章 并网逆变器的软件设计
• 6.1 系统总体设计方案
• 6.2 TMS320F2812 控制处理器
• 6.3 DSP 芯片C 语言开发步骤
• 6.4 AD 采样的校正与调整
• 6.5 SVPWM 算法在DSP 中的实现
• 6.6 PI 控制算法在DSP 中的实现
• 6.7 本章小结
• 第七章 仿真与实验
• 7.1 Matlab2007/simpowersystem 介绍
• 7.2 光伏阵列与最大功率跟踪的的建模
• 7.2.1 光伏阵列的MATLAB 建模
• 7.2.2 MPPT 算法的MATLAB 建模
• 7.3 逆变电路与并网控制策略的建模
• 7.4 仿真结果
• 7.5 结论
• 第八章 总结与展望
• 8.1 课题总结
• 8.2 进一步完善的工作
• 8.3 前景展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文