单相光伏并网系统电路结构及逆变器控制技术

摘要

在能源枯竭与环境污染问题日益严重的今天,光伏利用成为世界各国争相发展的热点,光伏并网发电作为太阳能光伏利用的发展趋势,已经得到快速的发展。
　　本文以户用型单相光伏并网发电系统为研究对象,从并网系统的拓扑结构、并网控制策略、锁相技术以及SPI通信等方面做了详细的分析与研究。
　　首先本文详述了光伏并网系统的性能指标和关键技术,对光伏并网系统按照不同方式分类,并分析和比较了各种不同的拓扑结构和工作原理。
　　并网系统中的并网电流的控制策略对并网的质量和系统的稳定性有着关键性的影响,文中详细分析了电流控制型并网逆变电源的电路结构和数学模型,从而选择了合适的控制策略并设计了其控制器。本文采用了一种常用的LC滤波器设计,在并网电流控制中采用带有了电网电压前馈的电流环控制策略,减小了噪音干扰,改善了电流波形。并设计了PI调节器来稳定逆变器直流输入侧的电压。在Matlab/Simulink环境下建立了仿真模型,给电网加入谐波源,通过对引入电网电压前馈前后的波形和实验数据进行比较,可以得出电压前馈的作用,并通过实验验证了电压前馈的优点。
　　同时,为了使并网输出电流与电网电压同频同相,系统采用了数字锁相环技术,并网实验结果达到了相关的并网标准。
　　最后,为了使用户可以实现对光伏并网发电系统各模块的工作状态的实时观测、故障记录以及人为操作,设计了智能监控系统,各模块与上位机进行SPI通信。

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1 绪论

1.1 太阳能发电的背景和意义

1.2 国内外光伏并网发电的发展及现状

1.3 光伏并网发电系统简介

1.4 本文的研究内容

2 光伏并网发电系统的分类与拓扑结构

2.1 光伏并网发电系统的分类

2.2 光伏并网逆变器的拓扑结构

2.3 本文中所用并网发电系统拓扑结构

2.4 本章小结

3 并网逆变器主电路和控制系统的设计

3.1 直流端解耦电容的选取

3.2 光伏逆变器的滤波器设计

3.3 并网逆变器控制策略

3.4 电流控制型开环系统的数学模型

3.5 电流环PI参数的设计

3.6 电网电压前馈补偿

3.7 系统仿真

3.8 实验结果

3.9 逆变器直流侧电压的控制

3.10 本章小结

4 光伏并网锁相环的原理与设计

4.1 引言

4.2 锁相技术概述

4.3 锁相环的工作原理

4.4 基于DSP的数字锁相环的工作原理与设计

4.5 锁相环的具体硬件和软件实现

4.6 实验结果

4.7 本章小结

5 基于SPI通信的监控系统实现

5.1 引言

5.2 TMS320LF2406的SPI概述

5.3 本系统SPI通信的实现

5.4 本章小结

6 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 今后工作展望

致谢

参考文献