单相并网逆变器总体设计.docVIP

目录 摘要 I Abstract II 第1章 绪论 1 1.1 国内外可再生能源开发的现状及前景 1 1.1.1 可再生能源开发的现状及前景 1 1.1.2 可再生能源并网发电系统 3 1.2 并网逆变器的研究现状及趋势 4 1.3 本文的结构及主要内容 6 第2章 单相并网逆变器总体设计 8 2.1 并网逆变器组成原理及主体电路硬件设计 8 2.1.1 系统逆变主体电路拓扑结构及原理 8 2.1.2 系统主体电路参数设计 9 2.2 逆变器的SPWM调制方式分析 10 2.3 LCL滤波器的设计 14 2.3.1 利用隔离变压器漏感确定LCL滤波 14 2.3.2 LCL滤波器数学模型及波特图分析 15 2.3.3 LCL滤波器的参数设计 16 2.4 并网控制策略的提出 18 2.4.1 电流型并网模型分析 18 2.4.2 几种控制方法分析 20 2.4.3 使用双电流闭环控制策略 23 2.5 本章小结 25 第3章 系统仿真及结果分析 26 3.1 单相逆变器开环仿真 26 3.2 单相逆变器并网单闭环仿真分析 27 3.3 基于双电流环的单相逆变器并网仿真分析 28 3.4 突加扰动时系统动态分析 29 3.5 本章小结 31 第4章 数字化并网控制系统硬件设计 32 4.1 基于DSP的并网控制系统整体设计 32 4.2 系统电路设计 33 4.2.1 DSP外围电路设计 33 4.2.2 模拟信号采样电路 34 4.2.3 隔离、驱动电路 36 4.2.4 多功能控制电源设计 37 4.2.5 保护电路设计 38 4.3 本章小结 38 结论 39 参考文献 40 致谢 42 附录1 43 附录2 52 附录3 59 摘要 随着“绿色环保”概念的提出，以解决电力紧张，环境污染等问题为目的的新能源利用方案得到了迅速的推广，这使得研究可再生能源回馈电网技术具有了十分重要的现实意义。如何可靠地、高质量地向电网输送功率是一个重要的问题，因此在可再生能源并网发电系统中起电能变换作用的逆变器成为了研究的一个热点。 本文以全桥逆变器为对象，详细论述了基于双电流环控制的逆变器并网系统的工作原理，推导了控制方程。内环通过控制LCL滤波中的电容电流，外环控制滤波后的网侧电流。大功率并网逆变器的开关频率相对较低，相对于传统的L 型或LC 型滤波器，并网逆变器采用LCL 型输出滤波器具有输出电流谐波小，滤波器体积小的优点，在此基础上本系统设计了LCL滤波器。本文分析比较了单相逆变器并网采用单闭环和双闭环两种控制策略下的并网电流，并对突加扰动情况下系统动态变化进行了分析。 在完成并网控制系统理论分析的基础上，本文设计并制作了基于TMS320LF2407DSP的数字化控制硬件实验系统，包括DSP 外围电路、模拟量采样及调理电路、隔离驱动电路、保护电路和辅助电源等,最后通过MATLAB仿真软件进行验证理论的可行性,实现功率因数为1的并网要求。 关键词并网逆变器；LCL滤波器；双电流环控制；DSP第1章 绪论 1.1 1.1.1 可再生能源开发的现状及前景 自20世纪50年代以来，随着经济活动的增加，世界能源消耗急剧上升，世界能源消耗增长了20倍。然而，通过增加能源消耗促进经济发展的粗放增长方式已造成全球大气、土壤、水源等诸多方面环境质量的严重下降，暴露出以煤炭等常规能源为主的能源结构的弊端。上个世纪70年代西方发生石油危机以来，人们逐渐认识到，矿物能源终会有耗尽之时，人类要维持自身的生产生活，就必须开发新的能源，特别是可再生能源。由此，世界上掀起了一股开发利用可再生能源的热潮，特别是1992年联合国世界环境与发展大会后，世界各国都将积极推动可再生能源的发展当作21世纪能源发展的基本选择，并在全世界范围内达成了广泛的共识【1】。 可再生能源是指在自然界中可以不断再生、永续利用、取之不尽、用之不竭的资源，它对环境无害或危害极小，而且资源分布广泛，适宜就地开发利用。可再生能源主要包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能和海洋能等。世界各国发展可再生能源的动因和方向有较大差别。发达国家发展可再生能源的主要目的是：应对气候变化，减排温室气体；保护环境，减少大气污染；能源来源多样化，保障能源安全；保持技术优势，扩大出口等。而发展中国家发展可再生能源的目的主要是在于：解决农村能源问题，扩大能源供应和缓解能源短缺。因此，世界各国发展可再生能源所采取的战略也有一定的差别。在可再生能源技术方面，美国、欧洲、日本等发达国家都是世界上的领先者，许多成功的经验和技术值得学习和借鉴。这些国家以科技为先导，采取多种激励措施，将先进技术转化为产业，并拥有了最大份额的市场。 美国政府一直都将促进可再生能源的