三相光伏并网逆变电源的研制

论文摘要

随着市场经济和现代化工业的发展,能源短缺和环境污染,已经成为制约人类社会健康发展的两大重要因素。新能源的开发与利用愈来愈受到重视,太阳能以其清洁环保、蕴藏丰富等优点逐步得到了开发利用。光伏逆变电源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。本文以实际项目为背景,详细地分析了30kVA三相光伏并网逆变电源的研制过程。论文的主要工作如下:首先,概述了光伏发电的意义以及我国光伏产业的发展现状及前景;介绍了本课题的来源及其主要研究的内容;分析了三相逆变器的数学模型;总结了三相逆变器的各种抗三相不平衡的拓扑结构,从中选择了三相四桥臂作为逆变电源的主电路结构;对四桥臂的各种抗三相不平衡控制策略进行了比较,具体分析了二维空间矢量法的原理,考虑到实际的软硬件条件的限制,对该方法提出了进一步简化应用的方案。接着,根据项目指标,研制了30kVA三相光伏逆变电源样机的主电路;采用了独立运行时为LC结构,并网运行时为LCL结构的滤波模式,并总结了滤波器参数设计的步骤,给出了滤波器的相关参数;独立地设计和研制了以TMS320F2812芯片为核心的主控板,以及液晶显示、保护、采样、锁相等控制电路,并总结了印制电路板设计中需要注意的事项。随后,介绍了DSP的编程环境;详细地分析了显示键盘程序、七段式的电压空间矢量PWM程序以及相关的主程序和中断程序并给出了流程图;总结了编程注意事项;构思了光伏逆变电源并网运行的整个过程;具体地说明了锁相环和捕获单元的应用方法;概述了孤岛效应的产生与防治。最后,设计了独立运行时的MATLAB仿真试验,在闭环中采用了最大误差控制法,取得了良好的仿真效果,并在此基础上,进行了30kVA三相光伏并网逆变电源样机的安装,顺利完成了独立运行的调试,并给出了实验波形。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 光伏产业崛起的背景及意义
• 1.2 光伏发电的优势及存在的问题
• 1.3 我国光伏产业的发展现状及前景
• 1.4 光伏发电系统简介
• 1.4.1 光伏发电系统的构成
• 1.4.2 光伏发电系统的分类
• 1.5 课题的主要研究内容和预期目标
• 1.5.1 课题主要研究内容
• 1.5.2 逆变电源性能指标
• 1.5.3 本论文的主要工作
• 第二章 三相光伏逆变器的数学建模及拓扑分析
• 2.1 三相逆变器在静止坐标系中的数学模型
• 2.2 三相逆变器的拓扑结构分析
• 2.2.1 三相分裂电容式逆变器
• 2.2.2 带NFT的三相桥式逆变器
• 2.2.3 组合式的三相桥式逆变器
• 2.2.4 三相四桥臂逆变器
• 2.3 三相四桥臂逆变器的控制策略分析与简化
• 2.3.1 三相四桥臂的各种控制策略比较
• 2.3.2 三相四桥臂的二维空间矢量法分析
• 2.3.3 二维空间矢量法在应用中的简化分析
• 本章小结
• 第三章 光伏逆变器主电路及输出滤波器设计
• 3.1 光伏电源整体硬件构架分析
• 3.2 光伏电源逆变环节主电路的硬件设计
• 3.3 光伏逆变电源输出滤波器设计
• 3.3.1 独立运行时的LC滤波器设计
• 3.3.2 并网运行时的LCL滤波器设计
• 本章小结
• 第四章 光伏逆变电源控制电路硬件设计
• 4.1 主控芯片及其外围电路设计
• 4.2 功率开关管驱动电路设计
• 4.3 键盘显示电路设计
• 4.4 采样电路设计
• 4.5 保护电路设计
• 4.6 锁相环硬件电路设计
• 4.7 印制电路板设计注意事项
• 本章小结
• 第五章 光伏逆变电源软件设计分析
• 5.1 DSP软件开发环境简介
• 5.2 显示键盘子程序分析
• 5.3 电压空间矢量PWM子程序分析
• 5.3.1 电压与磁链空间矢量的关系
• 5.3.2 电压空间矢量调制的原理
• 5.3.3 电压空间矢量调制的DSP软件实现
• 5.4 主程序和中断程序
• 5.5 TMS320F2812的编程注意事项
• 本章小结
• 第六章 光伏逆变电源并网设计与构思
• 6.1 并网运行过程总体构思
• 6.2 锁相环在并网中的应用
• 6.2.1 捕获单元及捕获过程分析
• 6.2.2 锁相环的软件设计思想
• 6.3 孤岛效应概述
• 本章小结
• 第七章 仿真模型分析及试验样机安装调试
• 7.1 MATLAB仿真模型分析
• 7.2 试验样机安装与调试
• 7.3 总结与展望
• 附录
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文及参与项目
• 学位论文评阅及答辩情况表