基于DSP的光伏并网逆变器并网控制的优化研究

摘要

随着化石能源逐渐减少，以及由化石能源的过度使用产生的诸多问题，迫使人类寻找一种绿色清洁的能源作为化石能源的替代品，其中太阳能因其具有无限的储量，对环境无任何污染等优点逐渐成为化石能源最理想的主要替代品。太阳能光伏发电技术是人类将太阳能转化为电能最主要方式，而并网逆变器作为光伏并网发电系统和电网之间的接口，是光伏并网发电系统中的关键设备，其性能的好坏直接影响了太阳能的利用率。论文针对光伏并网逆变器进行了较为系统的理论与应用研究，针对并网逆变器的性能提出了改进的正弦脉宽调制技术与新型软件锁相技术，对改进并网逆变器的性能、提高太阳能转换效率有重要意义。
　　 目前SPWM信号最主要的方式是采用正弦脉宽调制技术，由于其控制简单、输出谐波可控和响应速度快，在高频全桥结构逆变器的控制技术中也应用广泛。论文详细分析对比了各种常用的正弦脉宽调制方法的优缺点，提出了一种改进的正弦脉宽调制方法，论述了其基本原理，并进行了实验分析，实验表明该控制点时刻的计算只需求解简单的直线交点方程，控制算法简单。锁相技术是光伏并网逆变系统中的重要组成部分。论文在总结诸多锁相技术的基础上，提出了一种新的基于TMS320LF2812的软件锁相算法和硬件电路结构，其软件算法是对周期寄存器值进行PI调节的同时对调制正弦表的指针变量进行比例调节，硬件部分很好的提高了采样精度。
　　 TMS320LF2812DSP数字信号处理器是TI公司推出的32位定点DSP控制器，是目前控制领域应用较广的处理器之一，文中详细介绍了将改进的正弦脉宽调制技术和新型软件锁相技术通过F2812实现的方法与软件流程，以及并网逆变系统中的其它一些重要程序的算法与流程。最后在一台基于DSP芯片TMS320LF2812的单相光伏并网发电装置中应用与实践了本论文提出的各种改进方案，实验结果表明本论文提出的各种改进方案能够提高光伏并网逆变器的性能，增强太阳能的利用效率，对于太阳能光伏发电技术的发展有着重要意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 论文的背景与意义

1．2 光伏发电的发展情况

1．2．1 国外光伏发电状况

1．2．2 国内光伏发电状况

1．3 并网逆变器并网控制技术

1．4 论文主要工作

第二章 光伏并网逆变器的原理

2．1 光伏并网逆变器的分类

2．1．1 工频隔离型光伏并网逆变器

2．1．2 高频隔离型光伏并网逆变器

2．1．3 单级型非隔离光伏并网逆变器

2．1．4 多级型非隔离光伏并网逆变器

2．2 光伏并网逆变器并网控制策略

2．3 光伏并网发电的最大功率点跟踪(MPPT)技术

2．3．1 MPPT控制基本工作原理

2．3．2 几种常用的MPPT技术

2．4 系统的总体设计

2．5 TMS320LF2812型DSP芯片简介

2．6 本章小结

第三章 光伏并网逆变器正弦脉宽调制控制算法优化设计

3．1 正弦脉宽调制技术基本原理

3．2 传统的正弦脉宽调制技术

3．2．1 自然采样法

3．2．2 对称规则采样

3．2．3不对称规则采样

3．3 改进的不对称规则采样法

3．3．1 改进的不对称规则采样法的基本原理

3．3．2 反相载波交点式采样法交点值的求解

3．4 本章小结

第四章 光伏并网逆变器锁相技术优化设计

4．1 锁相环技术的发展和应用

4．2 传统模拟锁相环基本原理

4．3 软件锁相环的原理

4．3．1 软件锁相环的发展

4．3．2 软件锁相环的原理

4．3．3 光伏并网逆变系统中的软件锁相技术

4．4 光伏并网逆变系统中的新型软件锁相技术

4．4．1 新型软件锁相技术快速性分析

4．4．2 新型软件锁相技术稳定性分析

4．4．3 新型软件锁相精度分析

4．4．4 新型锁相技术的锁相环硬件电路设计

4．5 仿真分析

4．6 本章小结

第五章 基于DSP的逆变系统软件设计

5．1 系统软件设计与实现

5．2 SPWM波F2812软件实现方法

5．2．1 传统对称规则采样法的实现方法

5．2．2 反相载波交点式采样法在F2812中的实现

5．3 频率与相位差的F2812检测方法

5．4 抗毛刺干扰的F2812软件算法

5．5 软件锁相技术在F2812中的实现

5．5．1 传统软件锁相技术在F2812中的实现

5．5．2 新型软件锁相技术在F2812中的实现

5．6 本章小结

第六章 试验结果与分析

6．1 正弦脉宽调制控制技术实验

6．1．1 传统不对称规则采样法的实验波形

6．1．2 反相载波交点式采样法的实验波形

6．2 过零检测电路输入与输出实验波形

6．3 光伏并网逆变器优化设计后并网实验波形

结论

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间发表论文及成果

附录B 攻读硕士学位期间参与研究项目