基于SVPWM算法的两电平光伏并网逆变器的研究与实现

摘要

近年来，随着世界各国能源危机的不断发生，传统化石能源储量面临着险峻的现状，其对环境污染的现象也已经越来越明显。因此寻找一种分布广泛、清洁高效、并且能够可持续发展的新能源渐渐成为世界各国能源计划中的重要战略。太阳能作为一种储存量极大、分布广、无污染的绿色能源，已经得到新能源界的特别关注。光伏并网系统是一种能够将太阳能发出的光能转变为电能并回馈给电网的高效率节能系统，本文研究的光伏逆变器作为该系统的核心重要部件，其逆变效率、电能质量与安全性能对并网起到了关键性作用。因此，对光伏并网逆变器的研究设计具有重要的应用意义。
　　 本课题来源于某公司的研发项目，目的是采用DSP芯片作为控制核心，通过软件编程实现数字化控制，系统最终达到产生与公共电网同频同相的三相交流电回馈电网的节能目的。论文研究的主要内容如下。
　　 第一，分析太阳能电池板的基本模型和原理，在整体光伏逆变系统中根据不同模式的控制方法比较确定逆变器的控制策略与控制方式。制定总体的宏观方案:光伏并网逆变器采用三相电压型全桥逆变器，电压源输入、电流源输出的控制方式，同时采样输入直流电压和直流电流进行MPPT调节，从而减少功率损耗、提高供电质量。从整体上为后文的程序控制流程提供严格的策略指标，明确系统的控制思路。
　　 第二，对并网逆变器重点研究的空间矢量脉冲宽度调制技术(Space Vector Pulse Width Modulation，简称SVPWM)进行算法分析及改进，并且利用SVPWM基本理论研究了在数字化处理中的改进模式。在以往的SVPWM技术中，常常是通过分别求得相邻矢量的作用时间再进行矢量分配，这种方法在数字化处理器(如DSP)中占用处理时间长，程序及计算量大，因此将其转化改进为求占空比来进行驱动信号的直接转换。详细算法在文中有推导。通过程序调试及整机实验明确可行性稳定，可以很好的达到逆变效果。
　　 第三，本文在硬件总体电路拓扑结构得以确定和改进的基础上，主要进行软件控制程序的编写和设计。分别对光伏逆变器控制中的各个技术难点，如数字锁相控制、过零点调节，最大功率点跟踪控制等，进行了详细的分析和处理。然后采用上文所诉的改进后的SVPWM算法进行了整体控制程序的编写。系统控制板以TI公司的TMS320F2812DSP为主控芯片，根据光伏逆变器的实际情况进行程序调试，并且最终结果达到了预期目标。
　　 第四，在MATLAB7.6.0/Simulink环境下进行系统的仿真，建立仿真模型并得到各子系统及电路输出仿真波形，提高系统可行性与合理性。对光伏逆变器样机进行整机调试，最终实现系统的并网可靠运行，验证了研究的稳定性与可靠性。
　　 论文中给出了各仿真波形及整机调试结果，并且对硬件电路进行了分析，样机实验结果可实现光伏逆交器系统的并网运行，最后，总结和展望部分对本文所做的工作进行了总结，同时，也对今后系统中还需进一步完善的地方进行了研究方向的展望。

目录

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CONTENTS

摘要

第1章 绪论

1．1 光伏并网系统的概述

1．1．1 太阳能与光伏阵列

1．1．2 光伏发电系统原理与构成

1．1．3 光伏并网逆变器简介

1．2 课题的研究背景

1．2．1 光伏并网逆变器系统的研究背景

1．2．2 国内外发展现状与应用前景

1．3 本课题的目的，任务及意义

1．3．1 课题的来源与意义

1．3．2 课题的目的及任务

第2章 光伏并网逆变器系统控制策略的研究

2．1 逆变器的基本工作原理及技术参数

2．1．1 逆变器基本工作原理

2．1．2 并网逆变器特性及选择

2．1．3 逆变器技术参数

2．2 并网逆变器的控制策略与控制技术

2．3 并网逆变的SVPWM控制算法

2．3．1 常用PWM的技术介绍

2．3．2 空间矢量PWM算法分析

2．4 最大功率点跟踪控制技术

2．4．1 MPPT控制的常用方法

2．4．2 本文选用的MPPT算法分析

2．5 本章小结

第3章 基于DSP2812的光伏并网逆变器系统软硬件设计

3．1 并网逆变器的硬件电路设计

3．1．1 系统构成与主拓扑结构

3．1．2 系统各部分硬件电路设计

3．2 软件控制程序的设计与调试

3．2．1 孤岛效应与检测

3．2．2 采样及数字滤波

3．2．3 锁相控制的实现

3．2．4 过零点调节

3．2．5 MPPT的软件实现

3．2．6 SVPWM的软件实现

3．3 本章小结

第4章 实验仿真结果与样机调试分析

4．1 MATLAB7．6．0／Simulink环境下的仿真结果分析

4．2 整机调试与调试分析

4．3 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

附录

参考文献

致谢

学位论文评阅及答辩情况表