基于准PR控制的并网逆变器的研究

论文摘要

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,分布式发电系统以其经济性、环保性能等优点备受青睐,而逆变器又是系统中主要的能量转换装置,其性能的好坏,直接影响到分布式发电效率的高低。本文针对应用广泛的单相全桥并网逆变器,对其拓扑结构、并网要求、控制方法以及并网过程中的数字锁相环等进行了分析研究。首先对并网逆变系统作了详细的介绍。包括其拓扑结构、理想模型、工作状态、并网要求,以及输出滤波器的设计等等。其次对控制技术进行了重点研究。以工业控制中广泛应用的PI控制器为基础,提出了能够实现零稳态误差和抗电网电压干扰的准PR控制技术。详细讨论了并网过程中的数字锁相环技术,使用DSP控制芯片的捕获功能,对频率和相位进行同时修正,使输出电流参考正弦波和电网电压同频同相,达到功率因数为1的目的。接下来介绍硬件电路的各个组成部分,包括主回路、控制回路、保护电路;并介绍了软件实现的流程图等等。最后,采用TI公司的TMS320LF2407A DSP作为数字控制芯片,研制完成1kW的实验样机,得到并网运行的实验结果。结果表明,所设计的硬件电路和所采用的控制策略能够满足设计要求,系统可以安全、稳定、可靠地运行。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 背景
• 1.1.1 分布式发电系统介绍
• 1.1.2 分布式发电技术在国内外的现状及发展趋势
• 1.2 并网逆变器介绍
• 1.2.1 并网逆变器的提出
• 1.2.2 并网逆变器拓扑结构的发展
• 1.2.3 并网逆变器的发展方向
• 1.2.4 并网逆变器的要求和相关标准
• 1.3 逆变器DSP数字控制
• 1.3.1 数字控制优缺点
• 1.3.2 信号处理器（DSP）介绍
• 1.4 选题意义和主要工作
• 第二章 并网逆变器的系统综述
• 2.1 并网逆变器分类及其拓扑
• 2.1.1 按照直流电源的形式
• 2.1.2 按逆变器输出相数
• 2.2 并网逆变器输出滤波器的设计
• 2.3 并网逆变器控制技术概述
• 2.3.1 滞环控制
• 2.3.2 PID控制
• 2.3.3 其他控制方式
• 2.4 本章小节
• 第三章 并网逆变器的控制技术
• 3.1 逆变器模型分析
• 3.1.1 理想模型
• 3.1.2 工作状态分析
• 3.1.3 系统建模
• 3.2 控制策略比较
• 3.2.1 PI控制器的缺点
• 3.2.2 PR控制器的提出
• 3.2.3 准PR控制器的提出
• 3.2.4 准PR控制器参数设置
• 3.3 数字锁相环
• 3.3.1 锁相环（PLL）的原理及分类
• 3.3.2 TMS320LF2407A捕获单元概述
• 3.3.3 数字锁相的具体实现
• 3.4 本章小节
• 第四章 并网逆变器的系统设计
• 4.1 主要性能指标要求
• 4.2 主电路设计
• 4.2.1 入端直流电压的选择
• 4.2.2 开关器件的选择
• 4.2.3 输出滤波器设计
• 4.3 控制电路的实现
• 4.3.1 IGBT驱动电路
• 4.3.2 数字采样调理电路
• 4.3.3 保护电路
• 4.4 DSP数字控制的实现
• 4.4.1 DSP最小系统设计
• 4.4.2 DSP资源分配以及控制实现介绍
• 4.4.3 功能实现的程序流程图
• 4.5 本章小结
• 第五章 仿真及实验结果波形与分析
• 5.1 Matlab/Simulink仿真
• 5.2 实验波形与分析
• 5.2.1 电网电压过零比较波形
• 5.2.2 电感电流抬升波形
• 5.2.3 数字锁相环波形
• 5.2.4 电感两端电压波形
• 5.2.5 电网电压和电感电流波形
• 5.3 全文总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文