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燃料电池用单相并网逆变器的设计与实现

作　者: 胡漾
导　师: 邓坚
学　校: 武汉理工大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 燃料电池逆变电源 双模式切换 逆变并网 SPWM电流控制
分类号: TM464
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 70次
引　用: 1次
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内容摘要


燃料电池逆变电源是一种具有广阔前景的绿色发电装置,是当前新能源领域的研究热点。在中小型燃料电池发电系统中,燃料电池的输出电压特性偏软,且电压等级较低。而并网所需的电压一般为220V/50Hz的交流电,因此必须将燃料电池的低压直流电能升压逆变为高质量的正弦交流电能。本文以燃料电池单相发电系统为研究对象,对系统进行了系统的理论分析,从燃料电池发电系统的拓扑结构、并网控制策略、主电路参数的选择等方面作了详细的分析和研究,本文主要内容有：针对燃料电池并网发电系统,本文选择了全桥式主电路拓扑结构,分析了后级全桥逆变电路的工作原理,给出了交流侧滤波器的设计思想和设计过程；对并网逆变器输出级建模,推导了逆变系统的开环传递函数,提出了将电网电压前馈和SPWM电流控制相结合的软件控制策略。在系统总体方案的基础上,分别设计了基于TMS320LF2407A处理器的并网逆变器控制电路和软件程序。硬件部分包括高精度的信号检测与处理电路、功率管驱动电路和保护电路等。软件部分采用模块化的程序设计方法,给出了主程序和子程序流程图,同时重点解决了SPWM波的产生和软件锁相算法在并网电流和电网电压同频同相上的实现。本论文重点分析了逆变器双工作模式切换过程,提出并设计了一种逆变器工作模式切换控制策略,使逆变器既可工作于并网运行模式,也可工作于独立供电模式,而且能够控制实现两种工作模式间的平滑切换。实现了燃料电池分布式发电与电网的交互利用,增加了对负载供电的可靠性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-11
  1.1 引言  8
  1.2 课题研究意义  8-9
  1.3 国内外研究现状  9-10
  1.4 主要研究内容  10-11
第2章 单相并网系统总体方案设计  11-19
  2.1 单相并网系统结构设计  11-12
  2.2 并网逆变器输出控制方式  12-13
  2.3 主电路拓扑结构分析  13-16
    2.3.1 推挽式逆变主电路  13-14
    2.3.2 半桥式逆变主电路  14
    2.3.3 全桥式逆变主电路  14-16
  2.4 逆变器并网控制策略研究  16-18
    2.4.1 间接电流控制策略  16-17
    2.4.2 电流滞环控制策略  17
    2.4.3 SPWM电流控制策略  17-18
  2.5 本章小结  18-19
第3章 单相并网系统硬件电路设计  19-31
  3.1 单相并网系统工作原理分析  19-22
    3.1.1 等效电路  19
    3.1.2 运行模式分析  19-22
  3.2 交流侧滤波器拓扑选择及参数设计  22-26
    3.2.1 LCL型滤波器拓扑选择  22-24
    3.2.2 滤波器参数计算  24-26
  3.3 数据采样电路设计  26-28
    3.3.1 交流电压采样电路  26-27
    3.3.2 并网电流采样电路  27
    3.3.3 过零检测电路  27-28
  3.4 IGBT驱动电路设计  28-30
  3.5 保护电路设计  30
  3.6 本章小结  30-31
第4章 并网逆变器控制算法及软件设计  31-48
  4.1 逆变器数字式SPWM实现  31-36
  4.2 逆变器并网控制目标  36-37
  4.3 并网控制策略设计  37-42
    4.3.1 电流内环设计  37-38
    4.3.2 电压外环设计  38-39
    4.3.3 电网电压前馈补偿  39-40
    4.3.4 并网锁相控制  40-42
  4.4 DSP控制软件设计  42-45
    4.4.1 控制系统主程序设计  42
    4.4.2 SPWM中断子程序设计  42-44
    4.4.3 并网锁相子程序设计  44-45
  4.5 样机试验结果  45-47
    4.5.1 逆变器系统仿真  45-46
    4.5.2 逆变器系统试验  46-47
  4.6 本章小结  47-48
第5章 并网/独立双工作模式切换控制  48-58
  5.1 并网/独立双工作模式逆变器原理分析  48-49
  5.2 模式切换过程中的暂态分析  49-55
  5.3 并网/独立模式切换控制算法分析  55-57
    5.3.1 独立模式向并网模式切换  55-56
    5.3.2 并网模式向独立模式切换  56
    5.3.3 切换开关动作时刻点选择  56-57
  5.4 本章小结  57-58
第6章 全文总结及展望  58-59
  6.1 全文工作总结  58
  6.2 展望  58-59
致谢  59-60
参考文献  60-61

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 变压器、变流器及电抗器 > 变流器 > 逆变器
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