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基于DSP2812的光伏逆变器的研究与设计

作　者: 张明华
导　师: 蔡彬
学　校: 曲阜师范大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: DSP2812 单相逆变器光伏发电数字控制系统信号检测
分类号: TM464
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

全球能源危机和环境恶化使得可再生能源的研究和应用越来越受到重视,而太阳能作为储量丰富的清洁能源之一,是理想的替代能源,因此对太阳能发电系统的研究和应用至关重要。在整个太阳能发电系统中,功率变换电路——逆变器是关键的环节之一,它决定了整个系统的稳定性以及带各种类型负载的能力。因此,开展高性能光伏逆变器的研究具有重要意义。本文主要从以下几个方面对离网型光伏逆变器进行了研究：(1)从PWM控制基本原理、调制方式、控制技术、波形产生四个方面分析了逆变器控制的原理——脉宽调制技术。经过比较,确定了本设计方案的控制策略,即双闭环负反馈控制方式,使得逆变输出交流电压质量更好。(2)离网型逆变器硬件电路设计,包括功率逆变电路、主控电路、电源电路、采样调理电路、通讯接口电路设计。在功率逆变电路中,使用IPM模块作为功率模块,采用高频逆变方式,即Boost升压加全桥逆变实现功率转换,无需工频变压器或者高频变压器,使得逆变器体积、重量大大降低,逆变效率得到进一步提高。主控电路采用TI公司的高速数字信号处理器TMS320F2812作为核心芯片,设计了一个硬件电路简洁、可实现多种复杂算法的数字控制系统。该数字控制系统实现了功率开关脉冲驱动信号的产生、电路运行参数的采样、人机交互、工作模式切换以及通讯等功能。(3)软件设计。将程序分成主程序、SPWM程序、人机交互程序、通讯程序、采样调理程序五个模块进行编写。首次提出逆变器的三个工作模式：正常输出模式、管理员模式、睡眠模式,实现了正常输出模式和睡眠模式的智能切换。另外,采用软件关断功率器件的方式进行输入过压、欠压、输出过载和短路保护,输入输出端可不必安装断路器或熔断器。(4)样机研制及实验研究。研制了一台逆变器试验样机,并将软硬件结合在一起进行实验研究。实验结果证明了设计方案的有效性和实用性。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章绪论  7-12
  1.1 课题研究的背景和意义  7
  1.2 逆变器  7-9
    1.2.1 定义及分类  7-8
    1.2.2 基本组成  8-9
    1.2.3 相关标准  9
  1.3 国内外研究现状及发展趋势  9-11
  1.4 本文主要研究内容  11-12
第二章逆变器脉宽调制技术与闭环控制策略  12-20
  2.1 逆变器脉宽调制技术  12-15
    2.1.1 PWM控制基本原理  12-13
    2.1.2 SPWM调制方式  13-14
    2.1.3 SPWM控制技术  14-15
    2.1.4 SPWM波形产生  15
  2.2 数字控制策略  15-17
  2.3 控制策略选择及实现  17-19
    2.3.1 控制脉冲的产生  17
    2.3.2 输出频率可调  17-18
    2.3.3 闭环负反馈控制  18-19
  2.4 本章小结  19-20
第三章 5kW离网型光伏逆变器的硬件电路设计  20-48
  3.1 性能特点及技术指标  20
  3.2 拓扑结构的选择  20-22
  3.3 逆变器电源系统  22-24
    3.3.1 DC-DC  22-23
    3.3.2 主控板供电  23
    3.3.3 DSP外围芯片电路供电  23
    3.3.4 信号调理及功率驱动电路供电  23-24
  3.4 DSP主控系统  24-26
  3.5 功率逆变电路  26-39
    3.5.1 输入滤波电路  26
    3.5.2 Boost电路  26-30
    3.5.3 单相全桥逆变电路  30-32
    3.5.4 LC低通滤波器  32-34
    3.5.5 功率器件的选择  34-37
    3.5.6 电感制作  37-39
  3.6 采样调理电路  39-41
    3.6.1 直流电压采样电路  39-40
    3.6.2 交流电压采样电路  40
    3.6.3 交流电流采样电路  40-41
  3.7 人机交互电路  41-43
  3.8 通讯接口设计  43-44
    3.8.1 CAN总线通讯模块  43
    3.8.2 异步串行通讯SCI  43-44
  3.9 保护电路设计  44-45
  3.10 PCB板设计  45-47
    3.10.1 电路板整体布局  45-46
    3.10.2 PCB板的走线  46-47
  3.11 本章小结  47-48
第四章 5kW离网型光伏逆变器软件设计  48-55
  4.1 主程序  48-49
  4.2 SPWM程序  49-50
  4.3 人机交互程序  50
  4.4 通讯程序设计  50-53
    4.4.1 SCI通讯程序  50-51
    4.4.2 CAN通讯程序流程图  51-53
  4.5 A/D转换中断服务程序  53-54
  4.6 本章小结  54-55
第五章样机制作与实验研究  55-59
  5.1 样机制作  55-57
    5.1.1 电感制作  55
    5.1.2 样机实物展示  55-56
    5.1.3 实验系统  56-57
  5.2 实验结果分析  57-58
  5.3 本章小结  58-59
第六章总结与展望  59-61
  6.1 工作总结  59-60
  6.2 后续工作展望  60-61
参考文献  61-63
在校期间研究成果  63-64
致谢  64

基于DSP2812的光伏逆变器的研究与设计

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