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1、摘 要随着太阳能光伏发电产业在我国的推广和普及，国内对并网逆变器的需求必将越来越大，仅仅依靠进口已很难解决日益增长的巨大需要。因此，研制完全实用化、工程化的太阳能光伏并网逆变器成为该领域急需解决的问题，存在着广阔的市场前景。在此背景下，本文对正弦波并网逆变器的软硬件系统设计、控制算法研究和系统仿真等方面进行了深入探索。首先介绍了国内外光伏发电产业的现状和广阔的前景，详细分析了并网逆变电路的拓扑结构和工作原理，讨论了全桥逆变电路直流侧和交流侧滤波器的设计思路，并推导出逆变电路关键参数的计算公式。其次分析了单相电压控制和单相电流控制的不足，采用了基于DSP软件算法的电流电压双闭环控制技术。比较几种
2、常用的光伏电池最大功率点跟踪方法，采用能够快速、准确跟踪光伏电池最大输出功率点的电导增量法来实现最大功率点的跟踪。为了使并网电流和电网电压同频、同相，需要使用锁相环技术。本文详细分析了软件锁相环的原理，并结合实际系统设计方案和绘制软件流程图。本文对孤岛效应的含义及相关标准进行了说明，分析了产生孤岛效应的原因和危害，证明了添加反孤岛保护的必要性，并分别对孤岛效应的主动和被动检测法进行了比较，用MATLAB仿真工具对本文所采用的主动频率偏移法进行了仿真验证。最后，根据系统总体设计要求，对并网逆变器控制电路、驱动电路和保护电路进行了详细的设计，并制作了基于DSP控制的3kW光伏并网逆变器样机。通过实
3、验表明，所采用的控制策略和设计的硬件电路能够满足设计要求，统可安全、稳定运行。关键词光伏逆变器:DSP 最大功率点跟踪 软件锁相环 孤岛效应AbstractWith the promotion and popularization of solar photovoltaic，there will be a greater demand for grid-connected inverters in our countryThe increasing demand for grid-connected inverters has become a problem which can not be
4、 solved only by means ofimportAn urgent problem to be solved is that the study and design of the photovoltaic grid-connectedinverters must be fully practical in use and in manufacture，and therefore there are desirable market prospects of the above-mentioned productsIn this paper,the grid-connected i
5、nverter is explored in the hardware design，control algorithm research，simulation and so onFirst of all，the present situation and broad prospect of photovoltaic industry at homeand abroad are introducedThe topology and working principle of grid-connected inverter circuit are analyzed in detailAnd the
6、 design ideas and processes of the filters on both DC and AC sides are discussed；moreover,the formulas of the key parameters of the maincircuit are derivedNext，the current and voltage dual closed-loop control based on software algorithms of DSP is chosen by analyzing the deficiencies of voltage cont
7、rol and current contro1The arithmetic of incremental conductance of MPPT of grid-connected system realizes the tracking of MPPT by comparing with several methods of MPPT of grid-connected systemAPLL(Phase Locked Loop)is needed in order to keep the same frequency and phasesynchronous to the gridIn th
8、is paper, the SPLL(soft PLL)principle is analyzed in detail，the design scheme and software flow charts are given based on practical system Then，the meanings and the criteria of the anti-islanding are explained and the causes and disadvantages of anti-islanding are analyzedAnd it tries to prove the n
9、ecessity to add protection of antiislanding in this paperThe active and passive detecting methods of antiislanding are analyzed；moreover, the anti-islanding of active frequency drift method is simulated and confirmed by MATLABFinally, according to the requirement of system design，the grid-connected
10、inverter control circuit，drive circuit and protection circuit are designed in great detail and a sample of 3kW grid-connected photovoltaic generator based on DSP is designed and madeTest results show that the control strategy and the designed circuit can satisfy the design requests and the system ca
11、n work safely and stablyKey words photovoltaic inverter；DSP maximum power point tracking soft PLL antiislanding目 录摘要IAbstractII绪论11 光伏发电系统简介31.1 国内外光伏发电现状31.1.1 世界光伏发电现状31.1.2 我国光伏发电现状31.2 太阳能光伏发电系统简介41.2.1 独立系统51.2.2 并网系统61.3 课题的主要研究内容61.3.1 主要研究内容61.3.2 逆变器的性能指标72 光伏发电逆变系统的设计与研究82.1 系统组成82.2 逆变主电路
12、的电路拓扑结构82.3 全桥逆变电路的工作原理102.4 逆变电路开关器件选择112.5 逆变电路的吸收保护122.5.1 直流侧电容的选择122.5.2 逆变器输出滤波电路设计123 光伏逆变器的控制系统分析与电路设计143.1 并网逆变器的控制实现143.2 并网逆变器输出控制153.3 逆变电源控制方法153.3.1 电压反馈控制153.3.2 电流反馈控制163.3.3 基于DSP的PWM电流电压双环控制173.4 MPPT控制方法183.4.1 太阳能电池输出特性183.4.2 太阳能电池的最大功率点跟踪方法的研究203.4.3 最大功率点跟踪方法的实现213.5 逆变器控制电路设计
13、223.5.1 DSP电源设计223.5.2 AD转换电路223.5.3 SPWM信号发生电路233.5.4 逆变器驱动电路233.5.5 CAN通信电路244 光伏并网系统中孤岛效应的仿真实验研究254.1 孤岛效应的分析 254.2 孤岛效应检测仿真实验26结论28致谢29参考文献3028绪 论 21世纪，人类将面临着实现经济和社会可持续发展的重大挑战，在环境污染和资源短缺的双重制约下，能源问题更加突出，而太阳能具有储量大、普遍存在、利用经济、清洁环保等优点，因此太阳能的利用越来越受到人们的广泛重视，成为理想的替代能源。 中国的常规能源远远低于世界平均水平，约为世界总储量10%。从长远来看
14、，太阳能将是未来人类主要能源来源，可以无限期的使用，因此世界上许多发达国家和部分发展中国家都十分重视太阳能在未来能源供应中的重要作用。太阳能开发利用技术发展很快，特别是70年代爆发的世界性的石油危机有力的促进了太阳能的开发和利用。经过半个世纪努力，太阳能光热利用技术及其企业异军突起，成为能源工业的一支生力军。利用太阳能的方式很多，主要有太阳能发电，太阳能热利用，太阳能动力利用等，出于电能是现代工业中最常用的直接能源，因此太阳能直接转化成电能是太阳能利用中的最具有前景景的方式，而太阳能光伏发电是最重要的形式。太阳能光伏发电与传统发电方式相比具有下列优点： 数量巨大。每年到达地球表面的太阳辐射能约
15、为18x1014t标准煤，即约为目前全世界所消费的各种能量总和的lxl04倍。 清洁干净。太阳能安全卫生，对环境无污染，不损害生态环境，是当之无愧的清洁能源。 获取方便。太阳能分布广泛，既不需开采和挖掘，又不用运输，对解决边远山区以及交通不便的乡村、海岛的能源供应具有很大的优越性。 时间长久。只要有太阳，就有太阳辐射能，因此是取之不尽，用之不竭的能源。据权威机构预计，2020年光伏发电在世界电力生产中所占比例将达1左右，2050年约占25。可以断言，光伏发电正在快速进入电力能源结构，并且将逐步成为其重要的组成部分。谁掌握了可再生能源和太阳能发电技术，谁就掌握了未来发展的主动权。1 光伏发电系统简介1.1 国内外光伏发电现状1.1.1 世界光伏发电现状世界光伏发电正在由边远农村和特殊应用向并网发电和与建
