基于峰值电流反馈控制的三相并网逆变的设计与实现

摘要

当今世界能源危机和环境问题日益加剧，世界各国竞相发展绿色可再生能源。太阳能以其可持续发展且无污染等优点倍受青睐。随着光伏组件价格的下降以及光伏技术的进步，太阳能光伏发电将逐渐成为重要的替代能源。尤其是近几年国家对分布式发电的推广，允许户用光伏系统发电上网并对上网电价进行补贴，更加促进了光伏产业的发展，使得光伏发电并网系统成为研究的热点。本文对逆变器的控制算法进行了深入的研究。
　　(1)将峰值电流反馈控制算法引入到光伏逆变器的设计与实现中。峰值电流反馈控制在逆变焊机中的应用已十分成熟，本文将其应用到光伏并网逆变器中。基于峰值电流反馈控制的逆变器具有很多突出的优点:首先，峰值电流控制具有内在瞬时峰值电流限流功能，能逐个检测峰值脉冲并限流，因而具有较强的瞬态保护能力，从而实现或简化对功率器件的过流保护;其次，这种控制方式动态响应快，输出电流能够很好地跟随给定量;另外，在峰值电流控制方式下，能够实现多模块的并联均流，特别适合大功率应用场合。
　　(2)采用FPGA实现峰值电流控制。峰值电流反馈控制需要逐个检测峰值脉冲，对系统处理的实时性要求非常高。DSP和单片机等处理器内核一次只能执行一条指令，无法实现峰值电流反馈控制，现在用来实现峰值电流反馈的系统都是用模拟器件搭建而成，这样的系统抗干扰性能差，稳定性不足，成本较高。FPGA能够并行运行，满足峰值电流反馈控制系统对实时性的要求。并且以DSP作为辅助控制器，充分发挥DSP数字信号处理方面的优势，极大提高了系统的性能。
　　(3)主电路拓扑采用三电平T型结构。成功解决了开关管关断后的续流问题。并且由于T型三电平拓扑比中点钳位型三电平拓扑少了两个钳位二极管，导通损耗减小。另外，在开关管的保护方面，T型三电平主要考虑主桥臂上两个开关管的保护，保护比中点钳位型三电平拓扑更简单易行。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 光伏技术的发展概况

1．2．1 国外太阳能光伏发电的发展状况

1．2．2 国内太阳能光伏发电的发展状况

1．3 光伏发电的应用

1．4 光伏发电系统的构成及分类

1．5 光伏并网逆变器的电路拓扑结构

1．5．1 隔离型并网逆变器结构

1．5．2 非隔离型并网逆变器结构

1．6 光伏并网发电系统对逆变器的要求

1．7 本论文主要做的工作

第二章 电路拓扑结构

2．1 整体电路拓扑结构

2．2 T型三电平电路拓扑分析

2．2．1 T型三电平电路拓扑结构

2．2．2 T型三电平工作状态分析

2．3 本章小结

第三章 峰值电流反馈控制技术

3．1 峰值电流反馈控制基本原理

3．1．1 峰值电流控制系统的结构

3．1．2 峰值电流控制系统的基本原理与特征

3．2 峰值电流控制的稳定性

3．2．1 峰值电流模式的不稳定现象

3．2．2 斜率补偿与稳定性的关系

3．2．3 FPGA实现斜率补偿

3．3 峰值电流反馈控制仿真

3．4 本章小结

第四章 基于峰值电流反馈控制的三相并网逆变器的设计

4．1 FPGA+DSP双核控制系统

4．1．1 DSP简介

4．1．2 FPGA简介

4．1．3 FPGA与DSP的通信

4．2 锁相环

4．2．1 锁相环的组成

4．2．2 单同步坐标系软件锁相环

4．2．3 基于双同步坐标系的解耦软件锁相环

4．3 系统的并网运行

4．4 RS485通信

4．5 本章小结

第五章 控制系统软硬件设计和实验结果

5．1 硬件电路设计

5．1．1 FPGA供电电路

5．1．2 ADS8556

5．1．3 DAC8563

5．1．4 采样及保护电路设计

5．1．5 PWM驱动电路

5．1．6 RS485电路设计

5．2 控制系统软件设计

5．2．1 DSP软件设计

5．2．2 FPGA软件设计

5．3 结果分析

5．3．1 动态响应仿真

5．3．2 各信号实验波形

5．3．3 逆变器输出电流波形

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

附录

参考文献

致谢