基于DSP全数字光伏并网逆变器的三电平控制策略研究

摘要

随着世界经济的发展，环境污染与能源短缺的问题愈发严重。太阳能因为其经济性、清洁型等优点备受关注。光伏并网逆变器作为太阳能并网发电系统的核心部件，对其的研究具有重要的理论和现实意义。
　　 目前在光伏系统的实际应用中，其容量和电压高压要求越来越大，传统的两电平逆变器已经逐渐不能满足高压高质量的并网要求。NPC三电平逆变器由于其等效开关频率高、单管承受电压低、输出电压波形好等优点，已经成为当今电力电子和电力传动技术的研究热点。本文首先分析了NPC三电平光伏并网逆变器的基本工作原理和工作状态，总结和比较了几种常用的三电平逆变器PWM波产生方式，尝试提出了一种新的准恒频滞环控制策略，该策略具有跟踪响应好实现简单等优点;其次本文对三电平逆变器常见的中点电位不平衡问题进行分析，并采用了一种软件控制策略对中点电位进行控制。本文还对常见的三相不平衡问题进行研究。
　　 根据理论上的分析研究，针对给定的技术指标，完成了实验样机的硬件部分和软件部分的设计。在硬件方面详细阐述了主回路的搭建，基于TMS320F2812的控制电路、驱动电路以及采样和保护电路的设计;在软件方面对控制系统主程序、中断服务程序、数字PI调节器和锁相环的设计进行了论述。
　　 在以上研究工作的基础上，制作了一台17KW的三电平光伏并网逆变器DC-AC侧变换的样机，并对其进行了实验调试，通过分析测试波形，验证了本文所设计的逆变器DC-AC变换的样机工作性能可靠，控制策略的切实可行性。

目录

声明

CONTENTS

摘要

第一章 绪论

1．1 选题的背景与意义

1．1．1 课题的背景

1．1．2 课题实际意义

1．2 并网型光伏逆变器的发展

1．3 多电平技术的发展与应用

1．4 样机的性能指标

1．5 论文章节安排

1．6 本章小结

第二章 DO-AC的主回路结构及漏电流分析

2．1 DC-AC主电路的分析

2．1．1 DC-AC电路结构介绍

2．1．2 三电平逆变器的稳态工作状态

2．2 DC-AC侧滤波电路分析

2．3 三电平光伏并网系统中的共模漏电流

2．3．1 共模漏电流的形成原因

2．3．2 非隔离型三相三电平逆变器的共模漏电流分析

2．4 本章小结

第三章 NPC三电平逆变器的控制策略

3．1 SPWM控制算法

3．1．1 SPWM控制算法的基本原理

3．1．2 SPWM控制算法的数字实现

3．1．3 SPWM控制算法的实验结果

3．2 空间矢量PWM(SVPWM)控制策略

3．2．1 clark、park交换在三相交流量中应用

3．2．2 三电平SVPWM算法数字化实现

3．2．3 三电平SVPWM算法的仿真与实验分析

3．3 准恒频的滞环控制策略

3．3．1 准恒频的滞环控制策略的基本原理

3．3．2 准恒频的滞环控制策略的仿真和实现

3．4 本章小结

第四章 中点电位平衡控制和三相不平衡控制

4．1 NPC三电平逆变器中点电位平衡控制策略

4．1．1 NPC三电平逆变器中点电位不平衡的原因

4．1．2 几种中点电位平衡的控制策略

4．1．3 平衡因子控制方法的原理和可行性分析

4．1．4 实验验证及分析

4．2 三相不平衡控制策略

4．2．1 三相不平衡电压分析

4．2．2 相移因子的设计

4．2．3 三相负载不平衡仿真及实验分析

4．3 本章小结

第五章 光伏并网逆变器的系统软硬件设计

5．1 系统的构成

5．2 开关管的选择

5．3 驱动电路的设计

5．3．1 驱动器件A3120

5．3．2 驱动保护延迟电路

5．4 基于DSP的控制电路的设计

5．4．1 控制电路的芯片选型

5．4．2 DSP的A/D转换电路

5．5 采样及保护电路的设计

5．5．1 电网电压采样电路

5．5．2 并网电流采样及保护电路

5．5．3 漏电流检测电路

5．6 系统的软件设计

5．6．1 主程序的设计

5．6．2 中断服务程序的设计

5．6．3 双环PI调节器和锁相

5．7 本章小结

第六章 总结与展望

附录

参考文献

致谢