电流型光伏并网逆变器控制系统的设计及实现

摘要

本文重点研究了三相电流型光伏(Photovoltaic，PV)并网逆变器的控制策略及其控制系统的设计，所要达到的目标是将光伏电池产生的直流电转换为与电网同步的三相交流电，并且控制并网侧电流与电网电压同相位输出。设计前期采用模拟调制策略，以验证控制系统设计的正确性。在实际项目设计中，控制策略采用直接电流控制，控制方式是以传统的电流型光伏并网逆变器的三逻辑正弦脉宽调制(Sinusoidal Pulse Width Modulation，SPWM)控制方法为基础，引用分析了一种新的控制方式来对电流型光伏并网逆变器进行控制，文中将其称为载波翻折SPWM控制。
　　首先，在Matlab/simulink环境下完成了三相电流型光伏并网逆变器主电路以及控制电路的仿真，包括传统的三逻辑SPWM控制方法、载波翻折SPWM控制方法、最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking，MPPT)算法和锁相环(Phase-locked loops，PLL)控制算法的仿真，对比分析了两种不同SPWM控制方法下的开关管控制信号和并网侧电流谐波，验证了载波翻折SPWM控制算法的可行性以及低损耗。其次，在光伏并网逆变器控制系统的实现上，本文分别从两个大的方面设计。在硬件方面采用Microchip公司生产的dsPIC30F6010A芯片作为系统主控芯片，并根据控制系统的要求设计完成了直流侧电压、电流采集电路，交流侧电流采集电路，过零检测电路，最小控制系统以及D/A转换电路。为了进行模拟调制的验证，还独立设计了模拟调制的小功率光伏逆变系统，包括驱动电路和变压电路。软件设计方面，分别设计了模拟调制方式下和数字调制方式下的不同控制系统C语言程序，给出主程序和中断服务子程序的流程图，并在MPLAB IDE的开发环境中编译调试通过后下载到主控芯片中。最后，在实验室环境下利用模拟调制方式实现了光伏的直流输出到异步电机的交流输入的变化，通过在现场采集到的数据和系统的运行状况进一步验证了该控制系统数字调制方式的合理性和实用性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究意义

1．2 光伏并网逆变器的结构

1．2．1 电压型光伏并网逆变器

1．2．2 电流型光伏并网逆变器

1．3 电流型光伏并网逆变器的控制策略

1．3．1 电流型光伏并网逆变器的控制方式

1．3．2 电流型光伏并网逆变器的调制方法

1．4 本文主要研究内容

第2章 相关知识介绍

2．1 工作原理

2．2 数学模型

2．3 控制策略

2．3．1 直接电流控制

2．3．2 最大功率跟踪

2．3．3 电网同步锁相

2．4 本章小结

第3章 SPWM调制方式的研究与仿真

3．1 电流型光伏并网逆变器SPWM控制的仿真研究

3．1．1 三值逻辑SPWM控制的仿真分析

3．1．2 载波翻折SPWM控制的仿真分析

3．1．3 两种SPWM调制仿真对比

3．2 最大功率跟踪仿真实现

3．3 锁相环仿真实现

3．4 系统整体仿真实现

3．5 本章小结

第4章 主控电路的设计与实现

4．1 控制系统设计

4．2 系统芯片选型

4．2．1 主控芯片选型

4．2．2 D／A芯片选型

4．3 系统硬件设计

4．3．1 最小系统主电路

4．3．2 系统其他电路

4．4 控制电路板实现

4．5 合理性验证

4．5．1 调制驱动电路

4．5．2 系统软件开发

4．6 实验结果验证

4．7 本章小结

第5章 外围电路和系统软件的设计与实现

5．1 控制系统主要外围电路设计

5．1．1 直流侧电压采集电路

5．1．2 直流侧电流采集电路

5．1．3 过零检测电路

5．1．4 交流侧电流采集电路

5．2 控制系统外围电路的实现

5．3 系统软件设计需求分析

5．4 系统软件设计的实现

5．4．1 主程序框架

5．4．2 初始化程序设计

5．4．3 中断程序设计

5．4．4 控制信号产生

5．5 本章小结

第6章 系统整合测试

6．1 系统测试结果及分析

6．2 本章小结

第7章 结束语

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

致谢