基于双DSP的准Z源光伏并网系统的研究

摘要

由于石油、煤炭、天然气等传统能源是不可再生的，并且在使用过程中产生大量的有害的气体、固体和液体，严重污染着人类的生存环境，因而以太阳能为代表的清洁能源正日益受到世界各国的广泛关注。光伏并网发电作为太阳能发电的主要形式正成为国内外学者研究的热点。本文以基于双DSP的准Z源光伏并网系统为研究课题，深入研究了准Z源逆变器的优越性及并网原理，并设计了基于双DSP处理器架构的高效控制平台及通讯系统。
　　第一章阐述了选取光伏并网系统为题的意义及国内外光伏发电的发展情况;全面介绍了光伏发电系统的不同拓扑结构及并网规范;分析并概括了应用在光伏并网系统中的传统逆变器、Z源逆变器及准Z源逆变器的优劣之处;最后，高度概述了本课题所做的研究工作。
　　第二章研究了光伏电池的原理及广泛使用的工程模型，利用Matlab/simulink模块模拟了光伏电池的外特性曲线;同时，分析了目前广泛使用的MPPT技术;最后，阐述了MPPT控制技术的阻抗匹配本质，并仿真验证了最大功率跟踪控制的本质及不同外部环境下跟踪最大功率点的性能。
　　第三章深入分析了传统准Z源逆变器、输入电流连续的开关电感型准Z源逆变器的工作原理并对逆变器性能进行了对比分析;研究了并网系统的数学模型，在此基础上，阐述了基于坐标变换理论的电网电压定向的电压外环电流内环的双环控制技术;分析了电压外环及电流内环PI调节器的比例、积分参数整定原则;最后，论述了适用于准Z源逆变器的空间矢量调制的技术原理及DSP实现方法。
　　第四章介绍了系统采用的总体控制结构及系统并网指标;阐述了准Z源并网系统中功率器件的选取原则;论述了并网系统中测控电路结构和软件结构;阐述了数字PI技术和软件锁相技术;最后，理论分析了并网实验结果。
　　第五章对双DSP架构的控制平台进行了理论阐释，分析了基于双口RAM的通讯技术;开发了基于Modbus协议的威纶通触控屏与DSP的通信系统。
　　第六章进行了总结与展望，概述了本课题所取得的成就和有待进一步深入研究的科研内容。
　　本文设计了一套符合并网技术规范的6kW光伏并网系统，并成功开发出了基于Modbus协议的DSP与触控屏的全双工通讯系统，验证了本文所阐述的算法、方法、方案的先进性及正确性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．1．1 发展新能源的意义

1．1．2 光伏发电的现状及前景

1．2 光伏并网系统

1．2．1 光伏发电系统并网标准

1．2．2 光伏并网系统的拓扑结构

1．3 准Z源逆变器在光伏并网系统中的应用

1．3．1 传统并网逆变器的缺陷

1．3．2 Z源逆变器

1．3．3 准Z源逆变器在光伏并网系统中的应用

1．4 本文主要工作

第二章 光伏电池及MPPT研究

2．1 光伏电池

2．1．1 光伏电池的理论模型

2．1．2 光伏电池的工程模型

2．1．3 基于Matlab／simulink的PV工程模型仿真

2．2 MPPT算法研究

2．2．1 恒电压跟踪法

2．2．2 恒电流跟踪法

2．2．3 扰动观察法

2．2．4 电导增量法

2．2．5 基于模糊理论的MPPT控制

2．3 基于Boost电路的光伏最大功率跟踪技术

2．3．1 Boost电路在MPPT控制中的应用

2．3．2 基于Boost的MPPT技术仿真

2．4 本章小结

第三章 改进型准Z源阻抗网络及并网系统的控制

3．1 准Z源逆变器

3．1．1 传统准Z源逆变器理论分析

3．1．2 开关电感型准Z源逆变器理论分析

3．1．3 逆变器对比分析

3．2 准Z源并网逆变器的控制策略及调制方法

3．2．1 基于坐标变换理论的并网逆变系统数学模型

3．2．2 基于dq坐标系下的电流解耦控制

3．2．3 基于电网电压定向的并网控制

3．3 并网系统的双环控制PI参数整定

3．3．1 电流内环PI参数整定

3．3．2 电压外环PI参数整定

3．4 准Z源并网逆变器的调制方法

3．5 本章小结

第四章 并网系统平台设计及实验

4．1 系统总体构架及并网技术指标

4．1．1系统总体构架

4．1．2 并网技术指标

4．2 准Z源逆变器系统主功率电路的设计

4．2．1 准Z源阻抗网络电容的选取

4．2．2 准Z源阻抗网络电感的选取

4．2．3 准Z源阻抗网络二极管的选取

4．2．4 可控功率开关器件的选取

4．3 测控系统电路设计

4．3．1 电压采集调理电路

4．3．2 电流采集调理电路

4．3．3 过压过流保护电路

4．3．4 驱动电路设计

4．4 测控系统软件设计

4．4．1 主程序

4．4．2 PWM中断子程序

4．4．3 PWM故障处理子程序

4．5 并网系统关键技术

4．5．1 锁相技术

4．5．2 PI调节器

4．6 实验分析

4．6．1 准Z源升压能力测试

4．6．2 并网实验

4．6．3 THD测试

4．7 本章小结

第五章 双DSP协调控制及触控屏监测系统

5．1 双DSP协调控制系统

5．1．1 双口RAM在双DSP协调控制中的应用

5．1．2 双口RAM工作原理

5．1．3 芯片IDT7025性能

5．1．4 双DSP通信系统的设计

5．2 触控屏监控系统

5．2．1 威纶通MT8104T在光伏发电系统中的应用

5．2．2 DSP与触控屏通讯原理

5．2．3 异步串行通信及Modbus协议在系统中的应用

5．2．4 通信驱动程序的编写

5．2．5 组态软件EB8000的页面设计

5．2．6 系统调试

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间关于论文、专利及项目情况

附录B 平台实物照