基于DSP的高频隔离型光伏并网逆变器的研究

摘要

近些年来，随着光伏发电技术的快速发展和能源危机的不断显现，绿色、无污染的太阳能日益受到人们的重视，光伏并网发电技术将是未来太阳能大规模应用的必然趋势。本文以一款基于DSP的两级式高频隔离型光伏并网逆变器为研究对象，首先介绍了高频隔离型光伏并网逆变器硬件电路的原理和设计，然后对光伏阵列的最大功率点跟踪、移相全桥软开关电路的不同工作模态、逆变侧的双闭环控制、以及光伏并网逆变器的可靠性等进行深入的研究。
　　硬件电路的设计是光伏并网系统设计的重要环节。本文设计了1款额定功率为5KW的高频隔离型光伏并网逆变器，采用TMS320F28069DSP作为系统的主控芯片，对系统的硬件电路设计和电路原理进行详细的分析。
　　为提高光伏电池的光电转换效率，要求光伏电池工作在它的最大功率点处。本文分析了光伏电池的输出特性曲线，采用电导增量法实现光伏电池的最大功率点跟踪。
　　为消除IGBT的拖尾电流，减小系统软开关条件下的占空比丢失，本文采用一种带饱和电感的移相全桥电路，并分析移相全桥电路在前半个开关周期内不同模态下的导通回路工作情况。
　　光伏并网逆变器并网电流的控制是光伏并网系统控制的关键。本文建立了逆变器输出级电路的数学模型，分析LCL滤波器的原理及电网电压扰动对并网电流的影响，提出了基于电网电压前馈补偿的并网电流数字PI控制。
　　本文从系统的硬件、软件、孤岛检测等方面研究系统的可靠性。硬件电路的可靠性主要针对系统硬件电路设计的不足和注意事项，提出相应的改进措施。软件保护的可靠性主要介绍软件保护的原理，并给出保护阈值。本文针对孤岛检测中被动式孤岛检测存在检测盲区和主动式孤岛检测引入干扰的不足，提出一种基于并网电流的被动式孤岛检测法，得到较好的孤岛检测效果。
　　最后，对本文设计的光伏并网系统进行验证，结果表明了系统设计方案的可行性与合理性，实现了系统长工时可靠稳定的运行。

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第1章 绪 论

1.1 课题的研究背景和意义

1.2 光伏并网系统的国内外发展现状

1.3 高频隔离型光伏并网发电系统的关键技术

1.4 本文的主要研究内容

第2章 基于DSP的高频隔离型光伏系统的硬件设计

2.1光伏并网逆变器的硬件结构和主要参数

2.2 高频隔离型拓扑结构的选择

2.3 基于DSP的控制电路设计

2.4 本章小结

第3章 高频隔离型光伏并网逆变器的控制策略

3.1 光伏电池的最大功率点跟踪控制

3.2 移相高频隔离DC-DC变换器的控制策略

3.3 高频隔离型光伏并网逆变器逆变侧的控制策略

3.4 本章小结

第4章 高频隔离型光伏并网逆变器的可靠性研究

4.1 高频隔离型光伏并网逆变器硬件的可靠性

4.2 高频隔离型光伏并网逆变器软件保护可靠性

4.3 高频隔离型光伏并网逆变器的孤岛效应预防

4.4 高频隔离型光伏并网逆变器主要功能的DSP实现

4.5 本章小结

第5章 高频隔离型光伏并网系统的验证

5.1 高频隔离型光伏并网系统的仿真验证

5.2 实验平台

5.3 高频隔离型光伏并网系统的实验验证

5.4 本章小结

第6章 总结和展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献

附录1 攻读学位期间发表论文目录