基于DSP的单相光伏并网逆变器研究

论文摘要

能源是人类赖以生存和发展的源泉,随着煤炭、石油和天然气等化石燃料迅速消耗,以及由此带来的能源危机与环境污染日益加剧,近年来世界各国都在积极寻找和开发新的、清洁、安全可靠的可再生能源。太阳能作为一种新能源,具有可持续、清洁、安全、无噪声、应用不受地域的限制等特点,在缓解能源危机及促进环保经济发展的方面有着重大意义。光伏并网发电是太阳能应用的重要领域,不仅可以为偏远地区供电,而且还能缓解电网电力供应紧张的局面,是今后发展的重要方向。在光伏发电系统中,光伏电池阵列作为系统的核心部件之一,是能源供给部件,因此在光伏并网发电系统仿真模型的研究中,对光伏电池阵列的研究非常重要。首先,本文根据光伏电池工作原理建立的数学模型,以无锡尚德公司的STP0950S-36型号的光伏电池为研究对象,运用Matlab/Simulink建立了光伏电池阵列的仿真模型,得到了太阳光照强度和环境温度对光伏电池阵列模型的影响特性曲线。其次,本文运用模糊逻辑控制技术对光伏电池最大功率点跟踪进行了研究,给出了模糊控制器的设计过程,利用Matlab/Simulink模糊逻辑工具箱进行了最大功率点跟踪模糊控制仿真分析,通过与恒定电压法、扰动观察法、增量电导法、自适应占空比扰动法的仿真对比,结果表明：基于模糊控制的MPPT方法功率跟踪速度快,输出动态响应较好,功率达到稳定后波动很小。再次,本文以TMS320F2812为主控芯片,根据系统的性能指标要求,设计了小功率的并网逆变器的硬件电路,主要包括系统逆变主电路、DSP最小系统电路、系统电源电路、交直流电压电流检测电路、功率开关管及其驱动电路、锁相环电路等单元。硬件系统将光伏电池输出的直流电经Boost升压到400V,通过全桥逆变电路变为220V交流电,检测电路将电压、电流信号送入DSP,通过对前级Boost电路和全桥逆变电路控制,实现系统并网运行。最后,根据硬件组成进行了软件设计,包括主程序和定时器中断子程序、数字锁相子程序、独立运行与并网运行选择子程序、最大功率点跟踪子程序、孤岛检测子程序、PWM产生子程序、EEPROM子程序等。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 光伏发电国内外发展状况
• 1.2.1 国内外光伏发电的发展状况
• 1.2.2 光伏并网逆变器的发展状况
• 1.2.3 最大功率点跟踪（MPPT）研究状况
• 1.2.4 孤岛检测技术的研究状况
• 1.3 课题研究的意义与内容
• 1.3.1 课题研究意义
• 1.3.2 课题研究内容
• 第2章 光伏电池特性与MPPT介绍
• 2.1 光伏电池原理
• 2.2 光伏电池的分类
• 2.3 光伏电池模型及其输出特性
• 2.3.1 光伏电池等效模型
• 2.3.2 光伏电池阵列模组特性
• 2.3.3 光伏电池模型与仿真
• 2.4 光伏电池MPPT方法
• 2.4.1 恒定电压法
• 2.4.2 扰动观察法
• 2.4.3 增量电导法
• 2.4.4 自适应占空比扰动法
• 2.4.5 几种MPPT方法对比
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于模糊控制的MPPT算法研究
• 3.1 模糊控制概述
• 3.1.1 模糊控制技术发展
• 3.1.2 模糊控制的特点
• 3.1.3 模糊控制器的工作原理
• 3.1.4 模糊控制器的设计流程
• 3.2 MPPT模糊控制器设计
• 3.2.1 模糊化
• 3.2.2 输入和输出模糊子集及论域的确定
• 3.2.3 确定隶属度函数
• 3.2.4 建立规则库
• 3.2.5 模糊推理
• 3.2.6 清晰化
• 3.3 模糊控制系统模型建立
• 3.4 仿真结果
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于DSP的单相光伏并网逆变器硬件设计
• 4.1 光伏并网逆变器总体结构
• 4.1.1 光伏并网发电系统组成
• 4.1.2 光伏并网发电系统主要参数
• 4.1.3 光伏并网逆变器主控系统
• 4.1.4 逆变器主要性能指标
• 4.2 DSP控制电路设计
• 4.2.1 DSP芯片介绍
• 4.2.2 DSP电源电路
• 4.2.3 时钟电路
• 4.2.4 JTAG接口电路
• 4.2.5 复位电路
• 4.2.6 外扩存储器电路
• 4.3 系统外围电路设计
• 4.3.1 逆变器电源电路
• 4.3.2 IGBT选取及其驱动电路
• 4.3.3 电网电压及过零点检测电路
• 4.3.4 电网电流及逆变电流检测电路
• 4.3.5 直流电压和电流检测电路
• 4.3.6 锁相环电路
• 4.3.7 抗干扰设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 系统软件设计
• 5.1 软件设计环境
• 5.2 DSP资源配置
• 5.3 主程序设计
• 5.4 子程序设计
• 5.4.1 定时器中断子程序
• 5.4.2 数字锁相子程序
• 5.4.3 独立运行与并网运行选择子程序
• 5.4.4 MPPT子程序
• 5.4.5 孤岛检测子程序
• 5.4.6 PWM产生子程序
• 5.4.7 EEPROM读写子程序
• 5.4.8 软件抗干扰
• 5.5 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 下一步工作展望
• 参考文献
• 致谢