5KW单相光伏逆变器的设计与研究

论文摘要

随着我国社会主义市场经济的高速增长,新能源的开发和与利用越来越受到人们的重视。太阳能以其清洁环保,蕴藏丰富等优点逐步得到了开发与利用,是新能源领域最近十多年发展起来的一个重要方向。光伏逆变器作为太阳能利用中主要的能量变换装置,是目前研究和发展的重要环节,其性能的好坏,直接影响着太阳能利用效率的高低。在此背景下,对太阳能并网发电系统中的光伏逆变器进行了深入的研究,最大限度的利用太阳能,无污染反馈电网为主要目标,采用电流反馈控制方式,并对传统逆变器主电路进行改善,开展了太阳能并网发电系统的理论和试验研究,对太阳能发电系统的研究具有重要的意义。主要对系统的电路拓扑结构、电流反馈控制方法以及孤岛效应防止等技术进行了分析研究。首先,讲述了太阳能资源利用的现状与前景,给出了本研究的主要内容,详细分析了逆变器电路的主要的电路结构以及工作原理,给出了选取光伏逆变电路的主要元件的计算方法,并通过仿真和实验加以证实。在对主电路进行分析时,在其基本结构上加以改动,用以提高电路的输出功率。并使用开关频率高、耐压高的IGBT,简化电路结构,降低电路中的功耗,并保证其输出波形良好,动态反应速度快。接下来,讲述了电流反馈控制手法,提出了自适应FIR控制方式,通过实验证明此方法大大缩减了系统的反应时间,可以使逆变器输出的电流与电网电压相同,并达到功率因数为1的目的。孤岛效应在光伏并网系统中必须被防止,本研究就孤岛效应防止问题提出了有效的防止方法,通过对孤岛效应主动与被动检测相结合,有效减小了异常检测中所无法发现的盲区。最后介绍了IGBT的驱动电路,及在信号采集电路中介绍了电压、电流的采样电路和过流保护、热保护电路,以及各电源部分。采用TI公司的TMS320F28027DSP作为主控芯片,完成对5KW光伏逆变器的开发。证明以上设计可以实现系统达到安全,稳定,高效的运行。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.2 太阳能光伏发电的优点
• 1.3 光伏并网发电系统简介
• 1.4 光伏发电系统对并网逆变器的要求
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第二章 系统主体设计及工作原理
• 2.1 系统主体设计
• 2.1.1 光伏发电并网逆变器的选择
• 2.1.2 系统的总体设计方案
• 2.2 系统工作原理
• 2.2.1 前级BOOST升压电路工作原理
• 2.2.2 后级逆变器的工作原理
• 2.3 本章小结
• 第三章 单相光伏并网逆变器的控制策略
• 3.1 并网逆变器的控制方式
• 3.2 电流反馈控制方式
• 3.2.1 Filtered-X LMS基本原理
• 3.2.2 Filtered-X LMS在电流反馈控制系统中的应用
• 3.3 本章小结
• 第四章 最大功率追踪控制和孤岛效应的防止与保护
• 4.1 最大功率追踪的基本原理
• 4.2 最基本的最大功率追踪方法的比较
• 4.3 最大功率追踪控制方案
• 4.4 孤岛效应及其危害
• 4.5 孤岛效应的防止与保护
• 4.6 本章小结
• 第五章 硬件电路设计
• 5.1 BOOST电路主要参数设计
• 5.1.1 电感的设计
• 5.1.2 电容C2的设计
• 5.1.3 开关管的设计
• 5.1.4 二极管的设计
• 5.2 后级逆变电路主要参数设计
• 5.3 控制电路中的主控芯片的选择
• 5.4 信号采集电路
• 5.4.1 直流电压采样（光伏组件输入电压、直流母线电压）
• 5.4.2 光伏组件输入电流、直流母线电流采样及过流保护
• 5.4.3 电网电压、过零捕获电路
• 5.4.4 并网电流采样、并网电流过流保护
• 5.5 驱动及其保护电路
• 5.6 显示和按键部分
• 5.7 电源部分
• 5.8 本章小结
• 第六章 软件设计和联机调试
• 6.1 主程序
• 6.2 中断服务程序
• 6.3 调试结果和分析
• 6.4 本章小结
• 总结
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表