单相光伏并网逆变器的研究与设计

随着全球能源危机和环境污染的日益严重,太阳能作为当前最理想的绿色能源之一越来越受到各国的重视。光伏并网发电代表太阳能利用的发展趋势,正成为太阳能利用最主要的途径。高性能的数字信号处理器芯片(DSP)的出现,使得一些先进的控制策略应用于光伏并网系统成为可能。首先,本文研究了光伏电池的基本发电原理和输出特性,分析了几种常见的最大功率点跟踪方法,并基于太阳能电池阵列的仿真模型,对扰动观察法进行仿真,验证其理论的正确性。其次,针对单相光伏并网发电系统,选择适合其特点的两级逆变主电路拓扑结构,分析了前级直流升压电路和后级全桥逆变电路的工作原理,给出主电路直流侧Boost电路参数设计过程和交流侧滤波器的设计思想和设计过程。采用电流反馈型并网控制方案,对单相光伏并网逆变器输出级建模,推导逆变系统的开环传递函数,分析系统的性能,并用PI控制器进行了系统校正。针对常规PI闭环控制不能实现并网正弦电流的无静差跟踪的缺点,系统采用PI与零电流跟踪误差结合的闭环控制系统,并对改进后的系统性能进行推导分析,验证其可行性。最后,根据控制系统的整体方案,采用DSP作为控制系统的主控核心芯片,设计了基于TMS320F2812的并网逆变器控制硬件电路和软件系统。硬件部分主要包括主控单元的信号检测电路、辅助电源电路、功率驱动电路及保护电路。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。