1kW单相高频光伏逆变器的研制

论文摘要

随着世界人口逐渐增加,人类对能源的消耗也越来越大,传统的化石燃料日益减少,世界范围的能源危机逐渐显现,开发新能源替代传统化石燃料迫在眉睫。光伏发电作为一种绿色的可再生能源发电技术,目前已经得到世界各国政府的重视。而光伏逆变器则是光伏发电系统中的一个最为重要的环节,将作为本文主要研究内容。本文设计了一种基于前级Boost升压电路的高频光伏逆变器整体方案。首先对系统中Boost电路、全桥逆变电路及SPWM控制技术进行理论分析,设计了逆变器主电路的各个参数。之后对光伏逆变器的两级电路进行数学建模,并进行基于MATLAB/Simulink工具的仿真分析。其次,研究了光伏电池的伏安特性以及最大功率点跟踪控制的方法,确定了基于扰动观察法的最大功率点跟踪控制算法,建立光伏电池及基于扰动观察法最大功率点跟踪的仿真模型,并进行仿真验证。以TI公司的TMS320F28027为核心控制器件,详细设计了控制系统的硬件电路,同时通过软件编程实现最大功率点跟踪算法及系统的数字PID控制算法。最后,制作了一台1kW的样机,通过对样机的带载测试,测试结果表明该逆变器的各项性能指标均达到了设计要求,验证了整个系统软硬件设计的合理性和正确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 光伏发电系统介绍
• 1.2.1 光伏发电系统的构成
• 1.2.2 光伏发电系统的分类
• 1.2.3 用于光伏系统的逆变器
• 1.3 最大功率点跟踪的含义和控制方法
• 1.3.1 最大功率点跟踪的概念
• 1.3.2 最大功率点跟踪的控制方法
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 光伏逆变器硬件电路的设计
• 2.1 光伏逆变器的基本结构
• 2.2 前级DC/DC 电路
• 2.2.1 Boost 主电路分析
• 2.2.2 Boost 主电路硬件设计
• 2.3 后级DC/AC 电路
• 2.3.1 全桥逆变电路分析
• 2.3.2 全桥逆变电路的硬件设计
• 2.4 控制电路硬件设计
• 2.4.1 信号检测电路的设计
• 2.4.2 驱动电路的设计
• 2.4.3 辅助电源的设计
• 2.5 本章小结
• 第3章 光伏逆变器主电路建模及仿真分析
• 3.1 Boost 电路建模及仿真分析
• 3.1.1 Boost 电路模型的建立
• 3.1.2 Boost 电路仿真分析
• 3.2 全桥逆变电路建模及仿真分析
• 3.2.1 全桥逆变电路模型的建立
• 3.2.2 全桥逆变电路的PID 控制
• 3.2.3 全桥逆变电路仿真分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 最大功率点跟踪控制的仿真研究
• 4.1 光伏电池模型分析
• 4.1.1 光伏电池的原理及等效电路
• 4.1.2 光伏电池的数学模型
• 4.1.3 光伏电池的Simulink 建模仿真
• 4.2 最大功率点跟踪控制的模型分析
• 4.2.1 基于扰动观察法最大功率点跟踪模型的建立
• 4.2.2 基于扰动观察法的最大功率点跟踪的仿真分析
• 4.3 光伏发电系统整体仿真分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 光伏逆变器控制系统设计及实验结果分析
• 5.1 控制系统硬件电路
• 5.1.1 控制系统芯片 TMS320F28027 简介
• 5.1.2 控制单元外设分配情况
• 5.2 基于DSP 控制单元的软件设计
• 5.2.1 主程序的设计
• 5.2.2 MPPT 中断子程序的设计
• 5.2.3 SPWM 中断子程序的设计
• 5.3 实验波形和分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢