单相单级工频隔离光伏并网逆变器的研制

论文摘要

随着工业社会的发展,能源危机与环境污染已经成为人类必须面对的两大严峻课题,如何维持工业社会的日益增长的能源供应?如何保护我们赖以生存的环境?以光伏发电为代表的绿色新能源为我们开辟了一条两全其美的解决途径。光伏发电作为新型能源,借助太阳能电池和电力电子技术的不断进步,以及各国政府对于新能源的大力扶持,它已经成为新能源利用技术的主流技术之一。本文主要研究单级单相工频隔离光伏并网发电系统。从成本、可靠性和效率的角度出发,本论文对光伏并网逆变系统的控制策略设计以及系统硬件的实现进行了深入地研究。论文首先介绍了单级能量变换理论和PWM变换器的基本原理,对逆变器进行了小信号模型分析,设计了基于功率前馈与电压前馈的电压源电流控制的整机控制策略,并使用Simulink软件对于控制方式进行了仿真；详细介绍了整个系统的硬件实现,基于IPM模块设计了系统的主电路,基于TMS320F2808设计了系统的控制器,并给出了相应的电路原理图；具体阐述了系统各个控制环节的算法实现,着重阐述了系统孤岛保护策略的设计,提出了一种基于电网非特征次谐波阻抗检测的孤岛保护策略,同时针对于各个控制环节的算法设计了相应的程序流程图。在此基础上,论文基于本课题所研制试验样机进行了并网试验。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 太阳能光伏发电发展背景
• 1.1.2 我国太阳能光伏发电发展现状
• 1.2 太阳能并网发电系统的简述
• 1.2.1 太阳能并网发电系统的构成
• 1.2.2 太阳能并网逆变器的研究现状
• 1.3 本文所做的工作
• 第二章 并网逆变器控制策略分析
• 2.1 单级能量变换的理论分析
• 2.2 单级逆变器的控制方式的分析
• 2.2.1 PWM整流器原理
• 2.2.2 单级逆变器逆变部分的分析
• 2.2.3 并网逆变控制方式
• 2.2.4 单相单级并网逆变器的电流跟踪控制方式
• 2.2.5 单极性SPWM的算法实现
• 2.3 单级光伏系统的输入功率控制
• 2.4 单相并网逆变系统的小信号分析
• 2.4.1 逆变环节的小信号分析
• 2.4.2 电压源型电流控制系统的小信号分析
• 2.4.3 并网逆变电流控制方式
• 2.4.4 并网电流控制PI调节器的设计
• 2.5 控制系统的仿真
• 2.5.1 电网电压前馈控制的仿真分析
• 2.5.2 直流侧输入功率控制控制方式的仿真
• 第三章 单相单级并网逆变器主电路设计
• 3.1 逆变器主电路概述
• 3.2 IGBT模块电路
• 3.2.1 IGBT简介
• 3.2.2 智能功率模块IPM
• 3.2.3 基于智能功率模块IPM桥路设计
• 3.3 直流侧母线电容的设计
• 3.4 变压器参数的选定
• 3.5 逆变器输出滤波器的设计
• 3.5.1 滤波器的原理及结构
• 3.5.2 滤波参数的确定
• 3.6 EMI滤波器的设计
• 3.6.1 开关电源EMI产生机理
• 3.6.2 EMI电源滤波器的类型
• 3.6.3 EMI滤波器的作用
• 3.6.4 EMI滤波器参数的计算
• 3.6.5 本设计中EMI滤波器的选型
• 3.7 驱动电源的设计
• 第四章 控制器硬件设计
• 4.1 TI公司的DSP芯片TMS320F2808
• 4.2 DSP核心外围电路的设计
• 4.2.1 上层板DSP供电电源电路的设计
• 4.2.2 DSP外围电压电平转换接口的设计
• 4.2.3 AD前端调理电路的设计
• 4.3 信号采样电路的设计
• 4.3.1 网侧电压同步信号采样电路设计
• 4.3.2 直流输入侧电压信号采样电路设计
• 4.3.3 直流侧电流信号采样电路设计
• 4.3.4 网侧电流信号采样电路设计
• 4.3.5 IPM输出侧电感电流信号采样电路的设计
• 4.4 辅助功能电路设计
• 4.4.1 电能计量电路的设计
• 4.4.2 CAN通讯电路的设计
• 4.4.3 继电器驱动电路的设计
• 4.4.4 过流保护电路的设计
• 4.5 控制器电源的设计
• 第五章 光伏并网发电系统的孤岛效应及其防止策略
• 5.1 孤岛效应概述
• 5.1.1 孤岛效应的定义
• 5.1.2 孤岛效应的危害
• 5.2 孤岛检测
• 5.2.1 孤岛效应的国际标准
• 5.2.2 孤岛效应的非检测区（NDZ）
• 5.3 孤岛检测方法
• 5.3.1 基于过/欠压与高/低频保护的被动孤岛检测方法
• 5.3.2 基于电网阻抗检测的主动孤岛检测方法
• 5.4 反孤岛策略的软件实现
• 第六章 控制算法的软件实现
• 6.1 SPWM原理及其实现
• 6.1.1 SPWM的生成原理
• 6.1.2 SPWM的软件实现
• 6.2 软件锁相环的设计
• 6.2.1 锁相环的三大组成部分
• 6.2.2 PLL的工作原理
• 6.2.3 软件锁相（SPLL）的实现
• 6.2.4 软件锁相环的程序流程图
• 6.3 数字PI调节器的软件实现
• 6.4 最大功率点跟踪及其软件实现
• 6.4.1 太阳能电池的输出特性
• 6.4.2 增量电导法
• 第七章 系统实验结果及分析
• 7.1 实验环境
• 7.2 逆变器控制信号波形
• 7.3 逆变器输出电压电流实测波形
• 第八章 总结与展望
• 8.1 总结
• 8.2 不足与展望
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表