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单相太阳能并网逆变器的研究与设计

张啸  
【摘要】:由于全球能源问题日益严重,各个国家正在加大对绿色能源的投入。太阳能作为重要的绿色能源之一有其独到的优势和良好的市场前景。太阳能并网发电作为太阳能新的发展方向,是21世纪颇具潜力的技术。太阳能并网逆变器是整个太阳能并网发电系统中必不可少的一部分,其效率的高低、输出电能的质量和可靠性的好坏将直接影响整个太阳能发电系统的性能和投资。本文对单相太阳能并网逆变器进行了研究,设计了3KW太阳能并网逆变器的模型,研究和编写了软件程序。 本课题来源于某公司的全数字型太阳能并网逆变器系列产品开发项目,主要研究内容是数字化并网逆变器的开发,在项目开发的过程中完成了以下工作内容: 首先,本文研究分析了几种主要的太阳能并网逆变器的主电路的拓扑结构,比较了它们的优缺点,并根据课题的需要选择了两级型非隔离式主电路拓扑。两级型主电路结构又有“两级独立”和“双闭环”两种控制方法,本文通过分析两种控制方法,比较它们的优缺点,选择了双闭环控制法。 其次,分析了太阳能电池板的特性曲线,讨论了几种常见的最大功率跟踪的方法。重点分析了电导增量法,在其原有理论的基础上进行了改进,引入了变步长和设定阈值两个方法,并介绍了相应程序的编写方法。 再次,分析了后级逆变桥的控制方法,介绍了滞环电流法、双极性SPWM调制法和单极性SPWM调制法,比较了它们的优缺点,结合本系统的特点选择了单极性SPWM调制法作为逆变器电路的控制方法。在单极性SPWM调制法中要根据市电电压的过零点来给并网电流锁相,但由于电网和滤波器的阻感性特点,并网电流会滞后于电压。这样就会出现并网电流强制锁相的问题,其表现为并网电流零点过冲。本文针对上述问题提出了本文另外一个创新点——并网电流相位矫正法,该方法是通过矫正指向正弦波表指针的起始地址来矫正正弦波表,从而解决电流的强制换向问题。并根据本系统用到的锁相方法设计了相应的反孤岛方法。 最后,在各个章节部分给出了相应模块的仿真模型,通过仿真波形的比较来论证相应的论点。并根据仿真模型的模型编写了基于TMS320F2812数字主控芯片的程序。 论文最后给出了样机实验结果,验证了所提出的控制策略的有效性,并且对所作的工作进行了总结和展望。


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