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推挽式光伏逆变器的研究与设计

作　者: 何文
导　师: 蒋伟
学　校: 扬州大学
专　业: 动力工程
关键词: 推挽变换器全桥逆变器 SPWM 数字信号控制器
分类号: TM464
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

化石能源虽然为推动人类社会发展做出了杰出贡献,但同时引发了无数不可逆转的环境问题。煤、石油作为有限的资源,未来必将会面临枯竭。为实现人类的可持续发展,必需寻找新的可替代能源。光伏发电无污染,安装简便,稳定性高,寿命长,势必成为未来能源发展的主要方向,得到越来越普遍的推广应用。本论文主要以独立结构的推挽式光伏逆变器为研究对象,分别分析了前级dc-dc变换器和后级dc-ac变换器的工作原理,建立数学模型,设计相应的控制方案,建立PSM模型进行仿真,并制作硬件对理论进行了验证。论文首先根据光伏逆变器的功率级结构进行了分类,对串联结构、串-并联结构、独立结构和混合结构分别作了详细的原理分析,并且比较了各类结构的优缺点。选取了独立结构(微型逆变方式)为研究对象,对前级dc-dc变换和后级dc-ac变换的原理进行了分析。对推挽变换器前级和全桥逆变器后级进行小信号建模,采用了连续控制器数字化的思路设计了系统的控制器。同时介绍了逆变器的SPWM调制方式,并通过搭建PSIM电路进行了仿真验证。随后设计了基于dsPIC微控制器的推挽式光伏逆变系统的硬件,包括控制软件设计和硬件制作两大部分。系统硬件的制作内容包括主电路元器件的选型、推挽变换器的制作、采样电路和驱动电路的设计与硬件实现、LC滤波电路和接地参考方面的设计等。实验结果达到预期效果,推挽光伏逆变系统能获得较好的正弦电流波型输出。最后对设计进行了总结,分析了存在的问题以及需改进的方面,并且对未来工作进行了规划。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
1 绪论  7-15
  1.1 光伏发电优势及发展展望  7-8
  1.2 光伏发电原理  8-11
    1.2.1 光生伏特效应  8-9
    1.2.2 光伏电池特性  9-11
  1.3 并网光伏发电系统结构简介  11-13
  1.4 论文研究的内容及意义  13-15
2 推挽式光伏逆变器设计方案  15-23
  2.1 中间直流母线解耦的高频链逆变器  15
  2.2 推挽变换器工作原理  15-19
  2.3 全桥逆变电路工作原理  19-21
    2.3.1 双极性SPWM调制原理  19-20
    2.3.2 逆变器模块的工作原理  20-21
  2.4 推挽式光伏逆变器系统结构框图  21-23
3 推挽式光伏逆变系统建模和控制方案设计  23-37
  3.1 推挽变换器控制方案设计  23-30
    3.1.1 推挽变换器建模  23-27
    3.1.2 推挽变换器的数字控制器算法设计  27-28
    3.1.3 推挽变换器仿真  28-30
  3.2 逆变桥控制方案的设计  30-34
    3.2.1 逆变桥的建模  31-33
    3.2.2 逆变桥的数字PID控制器设计  33
    3.2.3 逆变器并网仿真研究  33-34
  3.3 推挽式光伏逆变器系统仿真分析  34-37
4 推挽式光伏逆变系统的实现  37-63
  4.1 推挽式光伏逆变系统总体结构和运行参数  37-38
  4.2 推挽变换器及其控制系统硬件设计  38-45
    4.2.1 推挽变换器开关管的选择  38
    4.2.2 推挽变换器设计  38-40
    4.2.3 推挽输出电压采样电路的设计  40-44
    4.2.4 推挽变换器驱动电路的设计  44-45
  4.3 全桥逆变器模块设计  45-53
    4.3.1 逆变桥模块主电路设计  45-46
    4.3.2 交流电流采样电路设计  46-48
    4.3.3 交流电压采样网络设计  48-50
    4.3.4 逆变器驱动电路设计  50-53
  4.4 LC低通滤波器及辅助电源设计  53-61
    4.4.1 功率解耦电容选型  55-56
    4.4.2 推挽变换器输出端滤波器设计  56-58
    4.4.3 逆变器输出端滤波器设计  58-60
    4.4.4 辅助电源与接地参考的设计  60-61
  4.5 系统软件设计  61-63
    4.5.1 主程序  61-62
    4.5.2 ADC中断程序  62-63
5 实验结果与分析  63-65
结论与展望  65-67
参考文献  67-68
致谢  68-69

推挽式光伏逆变器的研究与设计

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