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基于直流微网的三相逆变器的研究

作　者: 许庆婷
导　师: 杨鹏
学　校: 扬州大学
专　业: 动力工程
关键词: 三相逆变器 并网运行 数字锁相环 F28335DSP
分类号: TM464
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


分布式发电及其应用是电力系统一个新的发展方向,然而处于电网系统管理边缘的大量分布式电源并网有可能造成电力系统不可控制、不安全和不稳定,影响电能的质量,造成电网电压控制困难,使配电网效益下降。为整合分布式发电的优势,削弱对电网的冲击和负面影响,提出了微电网。微电网是负荷和微小能源的集合体,它们在正常情况下运行在联网模式,在紧急情况下能够在独立模式下运行。微电网能够充分利用环境资源、减少发电成本和提高供电可靠性。而逆变技术将太阳能电池的电能或者风力发电的电能等变换成交流电能与电网并网发电,是开发新能源的关键技术。并网逆变器作为太阳能电池与电网的接口装置,在新能源的开发和利用中起着非常重要的作用。因此,本文围绕直流微网系统中的三相逆变器进行分析讨论,并通过仿真、硬件电路调试和软件实验验证了理论研究成果的正确性。首先,研究了三相逆变器的数学模型,分析了Clark变换和Park变换,进行了前馈解耦控制的设计,并通过PSIM9.0进行了仿真实验。其次,本文采用的SVPWM控制算法,具有物理意义清晰、开关频率固定、实现方便等优点,输出波形良好,动态响应速度快。第三,设计了系统的硬件电路,分析了三相逆变电源的主电路结构和工作原理,给出了主电路的主要储能元件等参数选择,分析了系统部分参数测量电路和保护电路,并对高效控制器TMS320F28335DSP板进行了介绍。第四,应用CCS开发平台,进行了软件设计,实现了PWM控制、A/D转换、上位机通讯等功能。并对并网过程中的数字锁相环技术和孤岛效应等问题进行了讨论,分析了锁相环的工作原理并用MATLAB进行仿真,讨论了孤岛效应形成原因和检测方法,分析了各种检测方法的利弊。最后,研制完成5kW实验样机,逆变器工作于并网模式,能够满足对电网电压水平、电网稳定性和电网电能质量等的要求。除了保证本地重要负载正常工作外,还可以把多余的电能输送给电网和本地普通负荷,实现功率双向流动。实验结果表明所设计的硬件电路和所采用的控制策略能够满足设计要求,系统可安全稳定地运行,并对所做工作进行了总结,提出了改进点。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
1 绪论  9-13
  1.1 直流微网的研究必要性和意义  9-10
  1.2 微电网的国内外研究现状  10-11
  1.3 直流微网逆变器发展趋势  11
  1.4 本论文的研究内容和任务  11-13
2 三相逆变器的建模与仿真  13-25
  2.1 三相逆变器的数学模型  13-16
    2.1.1 三相静止坐标系数学模型  13-14
    2.1.2 两相静止αβ坐标系数学模型  14-15
    2.1.3 两相旋转dq坐标系数学模型  15-16
  2.2 SVPWM的实现  16-18
  2.3 前馈解耦控制器的设计  18-20
  2.4 前馈解耦控制系统的仿真分析  20-25
3 硬件设计  25-42
  3.1 系统的总体设计  25
  3.2 CPU电路的设计  25-29
    3.2.1 TMS320F28335简介  25-26
    3.2.2 TMS320F28335最小系统电路设计  26-29
  3.3 主电路的设计  29-33
    3.3.1 IGBT选型及散热  29-30
    3.3.2 交流侧电感选型  30-31
    3.3.3 直流侧电容选型  31-33
  3.4 驱动电路的设计  33-35
  3.5 参数测量电路的设计  35-38
    3.5.1 电压电流采样电路  35-36
    3.5.2 温度测量电路  36-37
    3.5.3 电压电流调理电路  37-38
  3.6 保护电路设计  38-39
  3.7 接口电路设计  39-42
    3.7.1 继电器  39-40
    3.7.2 串行通讯  40
    3.7.3 液晶显示  40-41
    3.7.4 Zigbee模块通讯  41-42
4 软件设计  42-55
  4.1 软件设计总体框图  42
  4.2 CCS开发环境简介  42-43
  4.3 PWM程序设计  43-45
  4.4 AD转换程序设计  45-48
  4.5 通讯程序设计  48-55
    4.5.1 通讯协议  48-51
    4.5.2 实时数据的数据结构  51-52
    4.5.3 串行通讯程序设计  52-55
5 锁相环技术及孤岛效应  55-65
  5.1 锁相环技术概述  55
  5.2 锁相环的工作原理  55-56
  5.3 锁相环的仿真  56-60
  5.4 孤岛效应概念及相关标准  60-61
  5.5 孤岛效应形成原因及检测方法  61-65
    5.5.1 孤岛效应的形成机理  61-62
    5.5.2 孤岛效应的检测方法  62-65
6 实验结果及工作展望  65-68
  6.1 实验结果分析  65-67
  6.2 总结及展望  67-68
参考文献  68-71
附录A 主要原理图  71-73
附录B 实物图  73-75
致谢  75-76
攻读学位期间发表的学术论文  76-77

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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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