基于DSP的单相光伏并网逆变电源的设计

摘要

全球经济的日益发展带来的资源紧缺、环境污染等问题也愈发严重，这使得人类不断地探求绿色环保可再生能源。太阳能作为环保可再生能源被人类不断地研究开发，光伏发电作为解决能源紧缺、环境污染问题的关键而得到了世界各国的广泛关注。科学家不断对光伏发电技术研究，作为核心部件的光伏并网逆变器成了研究的重点，对整个光伏并网发电系统具有重要意义。本文选取小功率光伏并网发电系统作为设计对象，对系统中逆变器的控制策略加以对比分析研究，对整个系统的硬件电路、软件编程等深入研究设计。
　　首先，本文从能源、环境方面引出了光伏发电产业国内外的发展状况以及发展前景。设计了光伏并网发电系统的总体方案，确定使用DC/DC、DC/AC两级变换结构，着重对比分析桥臂轮换法、单极性倍频法SPWM方式的各自优缺点，确定采用单极性倍频法作为本次逆变控制策略。对比分析了多种反馈控制方法的优缺点，确定采用电压、电流双环比例-积分(PI)反馈控制策略。
　　其次，本文设计制作了系统各个部分的硬件电路，选用DSP TMS320F2812作为控制核心处理器，前级用Boost升压电路，后级用智能功率模块(Intelligent PowerModule)为主电路，加上LCL型滤波电路、电压电流采样调理电路、过零点比较电路、内部辅助电源电路等外围电路构成了整个光伏并网发电硬件系统。
　　然后，本文基于CCS3.3编程软件，采用C语言对建模后的控制方法进行软件编程。设计主程序，以及最大功率点跟踪(MPPT)子程序、捕获单元子程序、SPWM子程序、电压电流双环比例-积分(PI)反馈控制子程序等，着重论述了软件编程中出现的关键问题，如查表法设计问题、DSP系统定时器设定问题、DSP系统死区时间设定问题等。
　　最后，本文成功搭建了额定输出功率为500W的实验样机。对样机进行测试，利用示波器等实验仪器观察采集系统各个重要节点的波形图，重点分析所设计系统的PI反馈控制效果、系统效率等问题，最终验证了本文所设计的光伏并网发电系统的合理性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．1．1 全球能源危机及环境污染

1．1．2 光伏发电的优势

1．1．3 光伏产业的国内外发展情况

1．2 光伏发电系统简介

1．3 国内外光伏并网逆变技术的发展情况

1．4 本课题主要研究内容及本文各章节安排

1．5 本章小结

第二章 光伏并网发电技术的理论研究

2．1 系统总体方案设计

2．2 DC／AC逆变控制策略研究

2．2．1 SPWM的原理分析

2．2．2 桥臂轮换法SPWM方式

2．2．3 单极性倍频SPWM方式

2．3 反馈控制策略研究

2．4 本章小结

第三章 光伏并网发电系统硬件设计

3．1 光伏并网发电系统的参数设计

3．2 光伏阵列选取

3．3 前级DC／DC升压电路设计

3．3．1 Boost电路分析

3．3．2 Boost电路参数设计

3．4 后级DC／AC逆变电路设计

3．5 LCL型滤波器设计

3．5．1 滤波器的作用

3．5．2 LCL型滤波器的设计要求

3．5．3 LCL型滤波器的设计过程

3．6 外围控制电路设计

3．6．1 电压、电流采样电路设计

3．6．2 电压、电流调理电路设计

3．6．3 过零点比较电路设计

3．6．4 内部辅助电源电路设计

3．7 本章小结

第四章 光伏并网发电系统软件设计

4．1 DSP选型与软件开发环境详解

4．2 主程序设计

4．3 子程序设计

4．3．1 最大功率点跟踪(MPPT)程序设计

4．3．2 捕获单元程序设计

4．3．3 正弦脉冲宽度调制(SPWM)程序设计

4．3．4 电压电流双环比例-积分(PI)反馈控制程序设计

4．4 程序关键环节设计

4．4．1 程序中查表法设计

4．4．2 DSP系统定时器时间设定

4．4．3 DSP系统死区时间设定

4．5 本章小结

第五章 系统实验结果与分析

5．1 实验检测设备简介

5．2 实验检测波形与数据分析

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

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