【正文】 流跟蹤方式 5 6 SVPWM電流控制方式 6 最大功率點跟蹤 7 8 8 9 本章小結(jié) 9第三章 基于DSP的并網(wǎng)逆變器硬件電路的設計 11 基于DSP的控制系統(tǒng)硬件設計 11 數(shù)字信號處理器DSP簡介 11 DSP系統(tǒng)硬件電路設計 12 13 17 Boost電路設計與參數(shù)選擇 18 20 21第四章 光伏并網(wǎng)逆變器仿真測試 23 Matlab搭建電路圖 23 仿真波形和分析 23 24第五章 總結(jié)和展望 25 25 展望 25參考文獻 27致 謝 29III榆林學院本科畢業(yè)設計第一章 緒 論隨著人類社會的現(xiàn)代化、工業(yè)化、智能化的不斷發(fā)展，能源在人們生活和社會發(fā)展中起著決定性作用。隨著人類對一次性能源的無節(jié)制開采，環(huán)境污染也在日趨嚴重。因此，能源和環(huán)境已經(jīng)成為人類所要迫切解決的問題。因此，整個人類都在尋找更加清潔、便利的二次能源。它是由光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)將光能轉(zhuǎn)化為電能的新型能源，其中光伏發(fā)電系統(tǒng)是人類利用太陽能發(fā)電的高新技術(shù)，在人類社會進程中具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。而如今隨著相關(guān)技術(shù)的不斷成熟，光伏技術(shù)也有了閃電式的發(fā)展。從人類所開采利用能源結(jié)構(gòu)變化的發(fā)展趨勢中可以明顯的看出，在今后很長的一段時間里，對環(huán)境污染較嚴重的非一次能源的使用將會急劇下降，而光伏發(fā)電的使用將會大幅度的提升。由于光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的經(jīng)濟、環(huán)保、效率高等特點，因此在國際市場中，具有良好的發(fā)展前景。但在全球光伏并網(wǎng)逆變器市場中，主要由美國、日本、德國等國家占據(jù)了大部分市場份額，他們不僅擁有完整的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，而且還具有世界領先的技術(shù)。它們的光伏產(chǎn)品已經(jīng)實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，而且擁有十分完善的市場規(guī)模。從以上可以看出，光伏發(fā)電在全世界范圍內(nèi)有著及其廣泛的應用，己逐漸成為光伏產(chǎn)業(yè)的重要支柱，具有良好的發(fā)展趨勢。但由于我國在光伏發(fā)電領域的發(fā)展較晚，而且僅僅在部分領域擁有較多的應用，因此我國的光伏產(chǎn)業(yè)與國外相比還有一定的差距。與其他國家的相關(guān)企業(yè)相比，我國光伏產(chǎn)品的相關(guān)技術(shù)相對落后，市場規(guī)模較小，但光伏市場有著巨大的發(fā)展?jié)摿蛻每臻g，將給我國的光伏企業(yè)迎來前難得一見的發(fā)展機遇。在設計結(jié)束后，我們對本論文的內(nèi)容進行總結(jié)，并對日后的相關(guān)工作進行了展望。最后我們對所獲得電能進行濾波處理后接入電網(wǎng)。因此，本章主要通過對逆變器的結(jié)構(gòu)、性能進行分析，從而確定系統(tǒng)的控制方案。因此，逆變器拓撲結(jié)構(gòu)的設計必須嚴格謹慎，以下是光伏并網(wǎng)逆變器的分類。圖21 光伏并網(wǎng)逆變器的分類 （1） 隔離型光伏并網(wǎng)逆變器 由上圖可知，隔離型可分為工頻隔離型和高頻隔離型兩種。其原理是將直流電轉(zhuǎn)化為交流電能并入電網(wǎng)，所以它的主要功能是分配電能和把輸入和輸出電能隔離開來。但是體積龐大，安裝和運輸難度大。它是利用高頻方波逆變來提高變壓器的工作頻率，因此具有體積小、質(zhì)量輕、便運輸?shù)葍?yōu)點。其結(jié)構(gòu)如圖 23 所示。它具有體積輕便，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，工作效率高等優(yōu)點。（a） 單級式非隔離型結(jié)構(gòu) （b）多級非隔離型結(jié)構(gòu)圖24 非隔離型并網(wǎng)逆變器結(jié)構(gòu)在上圖中，圖(a)是單級非隔離型結(jié)構(gòu)。在電路結(jié)構(gòu)中缺少升壓電路，光伏陣列要想并入電網(wǎng)，就得使光伏陣列輸出的直流側(cè)電壓達到直接并入電網(wǎng)的電壓等級，否則就會可能在光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)中產(chǎn)生漏電現(xiàn)象。而設計多級變換器的核心部分在于合理選擇 DC/DC 變換器的電路拓撲結(jié)構(gòu)，我們從 DC/DC 變換器轉(zhuǎn)換電能的效率方面來考慮，一般選擇Buck 和 Boost 變換器。而Boost 變換器剛好具有升壓功能，只需要適當?shù)目刂品绞骄湍苁馆斎隑oost逆變器的電壓波動很小，也能使光伏陣列輸出電壓趨于穩(wěn)定，從而提高最大功率點的跟蹤精度；因此Boost 變換器在多級非隔離型拓撲設計中是較為理想的選擇。圖25 逆變器按照控制方式分類電壓控制型逆變器需要控制逆變器并網(wǎng)電壓與電網(wǎng)電壓同步，即頻率、幅值、相位相同。而電流控制法是保持逆變器輸出電流與電網(wǎng)電壓的同步，因此在光伏系統(tǒng)中經(jīng)常采用電流控制型結(jié)構(gòu)。 輸出電流控制方式在電流型輸出系統(tǒng)中，輸出電流的控制方式有SPWM電流跟蹤方式、SVPWM、電流滯環(huán)瞬時比較方式、復合控制和重復控制等。 SPWM電流跟蹤方式SPWM電流跟蹤方式又被稱為三角波比較法，其原理首先將電網(wǎng)實際電流值與給定電流參考值作比較，并將其結(jié)果通過PI調(diào)節(jié)輸出后與三角波進行比較，從而產(chǎn)生PWM波。圖26 SPWM電流跟蹤方式在上圖中，我們通常采用改變?nèi)遣ㄝd波頻率來調(diào)整輸出波形。其優(yōu)點是輸出電流穩(wěn)定，所含諧波成分較少。其原理如圖27所示。首先將電流參考值與實際值作比較，然后通入滯環(huán)比較器，將其輸出經(jīng)驅(qū)動電路調(diào)節(jié)后來控制主電路中開關(guān)的通斷，從而控制實際電流的變化。，屬于實時控制方式。它是利用空間電壓矢量變換來實現(xiàn)完成對電路的控制。綜和以上幾種控制的優(yōu)缺點，由于SPWM控制方式能明顯降低高次諧波對電網(wǎng)的干擾，從而能夠有效提高逆變器并網(wǎng)電能的質(zhì)量。 最大功率點跟蹤 最大功率點跟蹤控制的原理是對某時刻的功率進行測量，并且與峰值點進行比較，經(jīng)過對電流或電壓的調(diào)整促使輸出功率盡可能與最大功率保持一致。但在實際情況中，由于電池工作的輸出功率會隨著電流、電壓、光照、溫度等因素的改變而變化，所以我們采用最大功率算法來提高電能的轉(zhuǎn)換效率。 （1）擾動觀察法擾動觀察法是一種常用的動態(tài)追蹤方法，它的原理是是給出一個擾動值，并將此時太陽能電池的輸出功率P1與之前的輸出功率P0作比較，如果輸出功率增加，即△P＞0，表明擾動方向準確，則按原方向調(diào)整；如果輸出功率減小，即△P＜0，表明擾動的方向錯誤，則按與原方向相反的方向調(diào)整，如圖28所示。但其缺點是由于存在擾動電壓，在最大點跟蹤過程中會有功率損失，而且當外界條件變化時不能快速跟蹤到另一最大功率點。該方法能夠詳細地判斷出最大功率點電壓和實際電壓的聯(lián)系。其缺點是對硬件電路中的控制器處理速度要求較高，調(diào)整步長選取較為嚴格。其工作原理是系統(tǒng)將當前時刻光伏陣列輸出功率P與上一個時刻的輸出功率P0作比較，若P＞P0，則爬坡方向正確；若P＜P0，證明爬坡方向與原方向發(fā)生了偏差，則按與原來電壓變化相反的方向爬坡。綜合以上三種控制方法的優(yōu)缺點，同時也為了能快速的跟蹤到隨著外界條件發(fā)生變化的最大功率點，本設計的光伏并網(wǎng)逆變器采用電導增量法來捕捉最大功率點。對于光伏發(fā)電系統(tǒng)，孤島效應是我們必須考慮的一種常見的故障狀態(tài)。它可能對電網(wǎng)、電氣設備、以及維修人員造成危害。，導致輸出電流、電壓和頻率不穩(wěn)定，影響傳輸電能質(zhì)量。由此可知，孤島效應不僅會嚴重影響電力系統(tǒng)的安全運行和正常維護，還會對電力公司和用戶造成重大財產(chǎn)損失。孤島效應檢測系統(tǒng)是檢測孤島效應的產(chǎn)生，并且當出現(xiàn)孤島運行時，能使電網(wǎng)快速停止供電。但被動式檢測的檢測范圍較小，而且當斷電后負載的電壓，頻率變化很小，此時被動檢測失效。 本章小結(jié)本章首先對逆變器的拓撲結(jié)構(gòu)以及輸出電流控制方式進行了分析，并決定選用雙級式非隔離電壓型逆變器結(jié)構(gòu)作為主電路。最后對孤島效應及其檢測方法進行了簡單的介紹，了解到孤島效應檢測的考慮在光伏并網(wǎng)逆變器設計中也是非常必要的。它包括一個直流斬波電路、直流/交流變換和LC頻率濾波等部分，其中Ugrid 代表電網(wǎng)側(cè)的電壓。所以為了升高直流母線電壓我們需要增加一個DC/DC升壓變換電路來，并且采用雙閉環(huán)控制來實現(xiàn)對母線電壓的控制。它的原理是利用計算機或?qū)Ｓ玫奶幚碓O備對其接收的信號進行采集、變換、識別等加工處理來實現(xiàn)控制的目的。在本設計中，我們選擇由TI公司推出的TMS320F2812芯片來實現(xiàn)逆變器的控制。它具有反應迅速，系統(tǒng)運算精度高，處理能力強，具有良好的抗干擾性等特點。其功能結(jié)構(gòu)框如圖32所示。它是由Altium公司生產(chǎn)的一個電子線路設計軟件，可以設計各種電路圖和PCB圖。 （1）輔助電源電路輔助電源的功能是為電路提供低壓電源來保證電路的穩(wěn)定運行。 。為了獲得該供電電壓，我們對TPS767D318輸入5V的電壓， 如圖33所示。將引腳10分別接地。D1導通；，D2和D2導通。 （2）A/D轉(zhuǎn)換電路的設計 A/D轉(zhuǎn)換調(diào)理電路是用來把采集到的信號轉(zhuǎn)換成TMS320F2812芯片所