基于DSP的光伏逆变并网控制的研究

论文摘要

能源危机和环境污染加速了人类对可再生能源利用的研究，可再生能源家族中资源量大、分布最普遍的就是太阳能。另外，又由于太阳能电池价格的降低和电力电子技术和自动控制技术的不断改进，使得太阳能发电有了可持续的发展，并成为新能源发电的主流之一。太阳能并网发电是利用太阳能的一种有效方式，因此太阳能并网发电成为了一个重要的研究课题。在整个发电系统中，并网逆变器是一个关键部件，对系统能量的转换起着举足轻重的作用。随着国家科学技术的进步，一些高性能处理器芯片的出现，使得许多先进的控制方法应用于太阳能发电当中。本文主要研究了太阳能发电并网的原理、系统的拓扑结构、逆变并网的控制策略以及其关键技术，并在此基础上设计了基于TMS320F2812的单相光伏并网逆变器。本文简要阐述了太阳能发电的工作原理，分别介绍了光伏电池、DC/DC以及DC/AC等环节的工作原理。并对光伏电池建立了仿真模型，研究了其工作特性。讨论了并网逆变器的拓扑结构和电流跟踪的控制策略，分析了几种主要拓扑结构的优缺点，比较了几种电流跟踪控制策略的优劣，最后选取了两级级联的拓扑结构和改进的SPWM电流跟踪控制策略。在理论分析的基础上，对一个160W的光伏并网逆变器的系统进行了设计，提出整体控制方案实现逆变并网、最大功率跟踪。对所采取的改进的SPWM电流跟踪控制进行仿真验证。计算主电路中主要元器件的参数，选取合适的元件。设计了基于DSP的单相光伏并网逆变器系统的软硬件，硬件部分主要包括采样电路、过零检测电路、隔离放大电路以及保护电路；软件部分主要实现数据处理、电网频率捕获、改进的SPWM、网压同步、故障处理等功能。搭建全桥逆变实验电路，结合所做的软硬件，进行实验调试。对实验数据和波形进行分析，验证所采取的控制策略和整个系统的设计是否合理。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 光伏发电历史及现状
• 1.2.1 太阳能发电发展史
• 1.2.2 国外光伏发电现状
• 1.2.3 国内光伏发电现状
• 1.3 光伏发电方向及前景
• 1.4 本课题研究主要内容
• 第2章 光伏发电系统的结构和控制策略
• 2.1 太阳能发电系统结构和工作原理
• 2.1.1 光伏电池简介
• 2.1.2 单相光伏并网逆变器的工作原理及拓扑结构
• 2.2 太阳能发电逆变并网的控制策略
• 2.2.1 电压控制方式
• 2.2.2 电流控制方式
• 2.3 本章小结
• 第3章 单相光伏并网逆变器系统设计
• 3.1 技术指标
• 3.2 系统设计方案
• 3.2.1 太阳能电池板的选取
• 3.2.2 逆变电路中 IGBT 的选取
• 3.2.3 逆变侧滤波电感的选取
• 3.2.4 直流侧电容的选取
• 3.2.5 蓄电池及变压器的选取
• 3.3 基于 DSP 的硬件设计
• 3.3.1 主控芯片的选取
• 3.3.2 基于 TMS320F2812 的硬件结构及组成
• 3.4 本章小结
• 第4章 并网逆变器的软件设计
• 4.1 系统软件总体设计
• 4.2 主程序设计
• 4.3 数据采样处理模块
• 4.4 电网频率捕获模块
• 4.5 改进的 SPWM 生成模块
• 4.5.1 SPWM 调制原理
• 4.5.2 基于 TMS320F2812 的 SPWM 实现
• 4.5.3 基于 TMS320F2812 的改进型的 SPWM 实现
• 4.6 网压同步模块
• 4.7 故障处理模块
• 4.8 本章小结
• 第5章 实验调试与分析
• 5.1 实验平台
• 5.2 太阳能电池板性能测实验
• 5.3 电网电压过零检测实验波形
• 5.4 电网电压检测实验
• 5.5 电网频率捕获实验
• 5.6 SPWM 驱动波形实验
• 5.7 逆变实验
• 5.8 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读学位期间发表的学术论文目录
• 附录 B 硬件 PCB 图