【正文】 ??????????????? ??????????? 1 課題研究背景及意義???????????????????????? 1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況 ????????????????????????? 2 本課題要解決的問(wèn)題 ??????????????????????? 3 2 單相并網(wǎng)逆變器的總體設(shè)計(jì) ????????????????????? 3 單相并網(wǎng)逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)?????????????????????? 3 單相并網(wǎng)逆變器的總體設(shè)計(jì)及功能劃分???????????????? 5 系統(tǒng)主電路拓?fù)????????????????????????? 5 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及各組成部分介紹?????????????????? 6 單相并網(wǎng)逆變器的基本原理 ???????????????? ???? 8 系統(tǒng)主電路參數(shù)設(shè)計(jì) ??????????????? ???????? 8 3 并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ?????????????? ??????? 10 TMS320F2808DSP 及開(kāi)發(fā)環(huán)境 CCS 介紹 ???????? ???????? 10 并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) ????????? ?????????? 11 輔助電源設(shè)計(jì) ?????????????????? ??????? 11 電壓檢測(cè)電路的設(shè)計(jì) ?????????????????????? 12 電流檢測(cè)電路的設(shè)計(jì) ?????????????? ???????? 13 過(guò)零檢測(cè)電路設(shè)計(jì) ????????? ?????????????? 13 IGBT 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) ?????? ????????????????? 14 4 并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) ?????????? ?????????? 14 軟件總體設(shè)計(jì) ?????????????????? ???????? 14 主程序設(shè)計(jì) ? ?????? ????????????? ??????? 15 定時(shí)器下溢中斷程 序設(shè)計(jì) ??? ?????????????????? 15 捕捉中斷程序設(shè)計(jì) ????????? ??????????????? 17 故障保護(hù)中斷程序設(shè)計(jì) ????? ???? ????????? ???? 18 5 并網(wǎng)逆變器控制策略的研究與實(shí)現(xiàn) ??????? ??????????? 20 SPWM 技術(shù)簡(jiǎn)介????????????? ????????? ???? 20 中北大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)論文 第 8 頁(yè) 共 70 頁(yè) 逆變器并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的控制策略分析????????????????? 23 并網(wǎng)逆變器的輸出控制??????????? ?????????? 23 并網(wǎng)電流控制策略研究????????????????????? 24 并網(wǎng)電流閉環(huán)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型????????????????? 26 PI 控制器參數(shù)設(shè)計(jì)??????????????????????? 27 6 基于 SPWM的并網(wǎng)系統(tǒng) MATLAB/Simulink仿真?????????????? 29 MATLAB 簡(jiǎn)介??????????????????????????? 29 仿真模型的建立???????????????? ????????? 29 模型各部分參數(shù)設(shè)置??????????????????????? 30 仿真結(jié)果???????????????????????????? 32 仿真結(jié)果分析?????????????????????????? 34 7 結(jié)論??????????????????????????????? 34 參考文獻(xiàn)?????????????????????????????? 36 致謝???????????????????????????????? 39 中北大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)論文 第 9 頁(yè) 共 70 頁(yè) 1 緒論 課題研究背景及意義 在全球生態(tài)環(huán)境惡化和化石能源逐漸枯竭的雙重壓力下，對(duì)新能源的研究和利用已成為全球各國(guó)關(guān)注的焦點(diǎn)。 文中給出了單 相 并網(wǎng)逆變器各個(gè)功能模塊 具體硬件電路的設(shè)計(jì)方法。逆變電路采用單相全橋結(jié)構(gòu)，對(duì)其工作狀態(tài)做了分析，采用單極性 S P W M 調(diào)制技術(shù)控制開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通和關(guān)斷，對(duì)主電路的器件選型給出了設(shè)計(jì)方法。在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中要工作踏實(shí)，態(tài)度端正，對(duì)待問(wèn)題要實(shí)事求是，本著嚴(yán)謹(jǐn)處理問(wèn)題的態(tài)度和學(xué)風(fēng)認(rèn)真完成設(shè)計(jì)的要求。 2．畢業(yè)論文的具體工作內(nèi)容： 學(xué)習(xí)的知識(shí)： 需要具備 DSP；電力電子技術(shù)； Matlab 仿真等方面的知識(shí) 。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用 影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。除 了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。 掌握的技術(shù)： 電力電子技術(shù)； DSP 控制；單相并網(wǎng)逆變器并網(wǎng)控制技術(shù) 。 中北大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)論文 第 4 頁(yè) 共 70 頁(yè) 畢 業(yè) 論 文 任 務(wù) 書(shū) 3．對(duì)畢業(yè)論文成果的要求： 畢業(yè) 設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū) 相關(guān)英文資料翻譯 4．畢業(yè)論文工作進(jìn)度計(jì)劃： 起 迄 日 期 工 作 內(nèi) 容 年 月 日 ~ 月 日 月 日 ~ 月 日 月 日 ~ 月 日 月 日 ~ 月 日 月 日 ~ 月 日 查閱資料，了解課題背景，掌握基本技術(shù)，制定設(shè)計(jì)思路，完成開(kāi)題報(bào)告； 完成系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，完成系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析 撰寫(xiě)畢業(yè)論文說(shuō)明書(shū)并修改完善 翻譯資料及論文修改等 論文答辯 中北大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)論文 第 5 頁(yè) 共 70 頁(yè) 學(xué)生所在系審查意見(jiàn)： 系主任： 年 月 日 中北大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)論文 第 6 頁(yè) 共 70 頁(yè) 中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2 0 1 3 屆本科畢業(yè)論文 基于 M A T L AB 的單相逆變器并網(wǎng)控制技術(shù)仿真研究 摘要： 能源危機(jī)加速了人類(lèi)對(duì)可再生能源的研究和開(kāi)發(fā)，風(fēng)力發(fā)電已發(fā)展成為可再生能源中技術(shù)最成熟、最具發(fā)展?jié)摿Φ陌l(fā)電方式之一。 單相并網(wǎng)逆 變器采用電壓源輸入控制輸出電流的方式，分析了間接電流控制和直接電流控制各自的特點(diǎn)，并介紹了兩種常用的直接電流控制方法： 滯環(huán)控制和三角波比較控制。同時(shí)介紹了軟件設(shè)計(jì)的整體思路。除水力發(fā)電技術(shù)外，風(fēng)力發(fā)電是新能源發(fā)電技術(shù)中最成熟、最具大規(guī)模開(kāi)發(fā)和最有商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式 [1]。中國(guó)將成為繼歐洲、美國(guó)和印度之后發(fā)展風(fēng)力發(fā)電的主要市場(chǎng)之一 [2]。然后用有保護(hù)電路 的逆變電源，把電池里的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成交流電并入電網(wǎng)，才能保證穩(wěn)定使用。其中單級(jí)式并網(wǎng)逆變器，將直流電直接經(jīng)過(guò)一級(jí)直 交變換并網(wǎng)。由于本次研究主體是對(duì)于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的單相逆變器并網(wǎng)運(yùn)行，所以必須得兼顧一些風(fēng)電行業(yè)必須面對(duì)的問(wèn)題與挑戰(zhàn)。人們對(duì)可再生能源并網(wǎng)發(fā)電的技術(shù)進(jìn)行了大量的研究，并使得該技術(shù)得到了迅速的發(fā)展和應(yīng)用 [7]。 但是，隨著世界各國(guó)對(duì)可再生能源開(kāi)發(fā)重視程度的不斷提高，針對(duì)并網(wǎng)逆變器的技術(shù)研究也越來(lái)越多，人們對(duì)以往控制技術(shù)的不足，紛紛提出了很多的研究方向，大體可以分為以下幾個(gè)方向： 1 并網(wǎng)逆變器的拓?fù)浞诸?lèi)及控制方法的研究 目前研究人員提出 針對(duì)不同的系統(tǒng)要求，逆變器應(yīng)該有著各種不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對(duì)于功率較小的并網(wǎng)逆變器可以采用高效、低成本的單級(jí)變換器，而多級(jí)逆變器變換結(jié)構(gòu)可以使用在大功率、寬電壓范圍的輸入的應(yīng)用場(chǎng)合 [10]。 在控制方法上，隨著各種高速的數(shù)字信號(hào)處理器 DSP（ Digital Singnal Processor）的出現(xiàn)，將先進(jìn)的數(shù)字控制應(yīng)用到并網(wǎng)逆變器的控制中的研究將到達(dá)理想的控制效果，這也是目前研究高性能并網(wǎng)逆變器的一個(gè)特點(diǎn) [12]。 3 多臺(tái)并網(wǎng)逆變器并聯(lián)技術(shù)的研究 多臺(tái)逆變器并聯(lián)可實(shí)現(xiàn)大容量供電和冗余供電，因而被公認(rèn)為當(dāng)今逆變技術(shù)發(fā)展的重要方向之一 [18]。 2 單相并網(wǎng)逆變器的總體設(shè)計(jì) 單相并網(wǎng)逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 并網(wǎng)逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有很多形式，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同，具有的特點(diǎn)不同，相應(yīng)的控制方法也不盡相同，所以要先確定符合設(shè)計(jì)要求的拓?fù)?，然后再展開(kāi)相關(guān)研究。 根據(jù)逆變器輸出相數(shù)的不同，可以劃分為單相逆變器、三相逆變器：根據(jù)直流輸入端儲(chǔ)能元件的不同，又可以分為電壓型并網(wǎng)逆變器和電流型并網(wǎng)逆變器 [12]。在實(shí)際應(yīng)用中，較少采用電流型并網(wǎng)逆變器，這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)供電電源都屬于電壓型，另外輸入級(jí)串聯(lián)電感不論在價(jià)格還是體積上都不如電容，另外所串聯(lián)的二極管會(huì)產(chǎn)生損耗，影響效率。主電路拓?fù)淙鐖D 所示。要求輔助電源電路為 DSP 芯片、各種有源器件提供可靠的供電，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的輔助電源，從直流輸入取電，采用控制芯片 UC3844，經(jīng)變壓器產(chǎn)生四路相互隔離的電源。 4. 信號(hào)采樣調(diào)理及故障檢測(cè)電路 為實(shí)現(xiàn)逆變系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，需要對(duì)一些信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，再經(jīng)過(guò)適當(dāng)調(diào)理后送入 DSP 處理。保護(hù)檢測(cè)電路要能夠保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，必須有可靠的靈敏性，反應(yīng)要迅速準(zhǔn)確。 單相并網(wǎng)逆變器的基本原理 在圖 中，功率開(kāi)關(guān)元件采用四 只 IGBT 管 V V V V4，由 DSP 輸出的 SPWM 脈寬調(diào)制信號(hào)控制驅(qū)動(dòng) IGBT 管的導(dǎo)通或截止。利用 SPWM 控制，使得兩對(duì) IGBT 管交替重復(fù)開(kāi)關(guān)動(dòng)作，輸出等效交流電壓，再經(jīng)過(guò)濾波器的作用，使輸出端形成正弦波交流信號(hào)。選取Ud=400V。同時(shí)考慮到系統(tǒng)余量，選擇功率開(kāi)關(guān)管的耐流值應(yīng)該在 100A中北大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)論文 第 17 頁(yè) 共 70 頁(yè) 以上。濾波電感在整個(gè)系統(tǒng)中有兩個(gè)作用：抑制開(kāi)關(guān)器件的高頻分量；控制其兩端的電壓來(lái)控制并網(wǎng)電流。 2griddcUtTU? （ ） 將式（ ）代入式（ ）得， 24 dcTUi LU? （ ） 變換得， 2max4 dcTUL Ui? （ ） 對(duì)電壓有， 2 2 2inv grid LU U U?? （ ） 因?yàn)?inv dcUU? 則， 中北大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)論文 第 18 頁(yè) 共 70 頁(yè) 22L dc gridU U U?? （ ） 其中 LU 為電感電壓幅值。與 TI 前期推出的 C24x 系列 DSP 相比，各項(xiàng)指標(biāo)都有較大改善，性能也大大提高。 DSP 的開(kāi)發(fā)需要一定的軟件工具， CCS（ Code Composer Studio）就是專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā) DSP 的一 種集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，可視化程度高，界面良好，集成了編輯、調(diào)試代碼、跟蹤、分析等多種功能 [25]。 應(yīng)用設(shè)計(jì) 編輯源代碼 創(chuàng)建相關(guān)的配置和 工程文件 調(diào)試 分析和 調(diào)整 中北大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)論文 第 20 頁(yè) 共 70 頁(yè) 輔助電源電路 電壓檢測(cè)電路的設(shè)計(jì) 本文設(shè)計(jì)中需要通過(guò)霍爾電壓傳感器檢測(cè)兩路電壓信號(hào)，分別為一路直流電壓信號(hào)和一路交流電壓信號(hào)。10mA，輸出額定電流為 177。設(shè)計(jì)電壓檢測(cè)與調(diào)理電路如圖 所示。這個(gè)電壓跟隨器由運(yùn)算放大器構(gòu)成，它將傳感器的輸出信號(hào)減半，輸出范圍為 [， ]的模擬信號(hào)；將模擬信號(hào)輸入到加法器中處理后輸出單極性中北大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)論文 第 21 頁(yè) 共 70 頁(yè) 的范圍為 [0V， 5V] 的信號(hào)。 電流檢測(cè)電路的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中交流側(cè)電流信號(hào)也需要被采集到控制系統(tǒng)中，本設(shè)計(jì)選用型號(hào)HNC100LA 的霍爾電流傳感器將交流側(cè)電流信號(hào)處理成一定比例的弱電壓信號(hào)HNC100LA 型霍爾電流傳感器的性能良好：具有 的絕緣電壓，電源電壓為177。 過(guò)零檢測(cè)電路設(shè)計(jì) 在系統(tǒng)工作的時(shí)候，需要檢測(cè)電網(wǎng)電壓的相位和頻率輸入到主控芯片中來(lái)實(shí)現(xiàn)同步。 圖 過(guò)零檢測(cè)電路