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单相非隔离型光伏并网逆变器DC-DC变换的设计与实现

作　者: 侯承玺
导　师: 姚福安
学　校: 山东大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 光伏并网逆变器 Boost ZVT-PWM 最大功率点跟踪接地故障检测
分类号: TM464
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着世界经济的发展,人类对能源的需求提出了更多的要求,而能源的紧缺问题也越来越受到人们的关注。太阳能因为其经济性、清洁型等优点备受关注。而太阳能发电是太阳能应用的最主要的途径。目前应用最多的是带有变压器的逆变器,可以分为工频隔离型逆变器和高频隔离型逆变器。前者由于工频变压器的存在,使得其体积大、质量重、成本高,不利于小型化和广泛使用；后者虽然解决了工频隔离型逆变器的体积大及质量重的问题,但是其工作效率不高,增加了系统的复杂性,提高了成本和增加了元件的使用数量。非隔离型光伏并网逆变器是将电池板输出的电能直接经过DC-DC变换之后就进行DC-AC变化,将电能输送到电网上。由于变压器的移除,这种有诸多优点：体积小,重量轻,成本低,效率高,在国外得到广泛应用。本论文关注于系统DC-DC变换的实现与设计,提采用了DSP+CPLD的组合结构作为控制器,实现了系统的数字化,提高了控制精度。论文论述了Boost转换器的电路工作原理、工作模式及输入输出的对应关系,分析了其优缺点,并针对本系统的实际情况进行了改进,最后确定使用改进型的Boost ZVT-PWM电路。实验结果表明,实现了主开关管和辅助开关管的软开关,提高了效率。论文分析了常见的MPPT实现算法,并比较了各自的优缺点,在此基础上给出了各自的改进方案,根据自己的系统提出了改进型变步长扰动法实现MPPT,实验结构显示这种算法启动快,跟踪准确。最后,论述了上述实现所需要的硬件设计和软件设计。本系统样机已调试完毕,实验结果表明,运行效果良好,达到了预期的性能指标,具有良好的经济和社会意义。

全文目录

目录  4-6
CONTENTS  6-8
中文摘要  8-9
ABSTRACT  9-11
符号说明  11-12
第一章绪论  12-20
  1.1 选题背景及意义  12-13
    1.1.1 课题选题背景  12
    1.1.2 课题实际意义  12-13
  1.2 光伏逆变器的基本介绍  13-16
    1.2.1 独立型光伏逆变器  13-14
    1.2.2 并网型光伏逆变器  14-16
  1.3 国内外光伏并网逆变器的发展情况  16-18
    1.3.1 国外光伏并网逆变器的发展情况  16-17
    1.3.2 国内光伏并网逆变器的发展情况  17-18
  1.4 系统的性能指标及本文做所的主要工作  18-19
    1.4.1 系统的性能指标  18
    1.4.2 论文章节安排  18-19
  1.5 本章小结  19-20
第二章 DC-DC主回路结构  20-28
  2.1 BOOST升压电路的分析  20-23
    2.1.1 BOOST电路结构介绍  20-21
    2.1.2 BOOST电路结构分析  21-23
  2.2 BOOST软开关的实现  23-27
    2.2.1 BOOST软开关的电路结构  23-25
    2.2.2 BOOST软开关的电路结构工作模态分析  25-26
    2.2.3 BOOST软开关的电路器件参数计算  26-27
  2.3 本章小结  27-28
第三章 MPPT算法及实现  28-42
  3.1 光伏太阳能电池板概述  28-29
  3.2 光伏太阳能电池板建模及MPPT的实现原理  29-32
    3.2.1 光伏太阳能电池板建模  29-31
    3.2.2 电池板MPPT的实现原理  31-32
  3.3 常见的MPPT的实现算法  32-38
    3.3.1 恒定电压跟踪法(Const Voltage Tracking)  32-34
    3.3.2 电导增量法(Incremental Conductance)  34-35
    3.3.3 扰动观察法(Perturbation and observation method)  35-36
    3.3.4 常见MPPT控制算法的改进  36-37
    3.3.5 MPPT高级控制方法  37-38
  3.4 本系统选用的MPPT控制方法  38-40
  3.5 本章小结  40-42
第四章系统硬件电路的设计与实现  42-62
  4.1 本系统控制电路设计与实现  42-50
    4.1.1 控制器选型  42-45
    4.1.2 控制电路的功能  45-46
    4.1.3 DSP2812的硬件配置及资源应用  46-49
    4.1.4 CPLD的配置情况  49-50
  4.2 本系统检测与保护电路设计与实现  50-55
    4.2.1 电池板输出电压检测及直流母线电压检测  50-51
    4.2.2 电池板输出电流检测及过流保护  51-52
    4.2.3 接地故障功能检测电路的设计  52-55
  4.3 通讯及显示电路的实现  55-57
    4.3.1 通讯方式的选择  55-56
    4.3.2 通讯功能的硬件电路设计  56-57
  4.4 系统供电电路设计  57-60
    4.4.1 开关电源的设计  58-59
    4.4.2 PWM控制器UC2844概述  59
    4.4.3 开关电源的电压反馈方式设计  59-60
  4.5 本章小结  60-62
第五章系统软件设计与实现  62-68
  5.1 DSP软件部分实现功能  63-66
  5.2 CPLD软件部分实现  66
  5.3 实验波形  66-68
第六章总结与展望  68-70
附录硬件平台及主要程序  70-76
参考文献  76-82
致谢  82-83
学位论文评闻及答辩情况表  83

单相非隔离型光伏并网逆变器DC-DC变换的设计与实现

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