并网型单相光伏逆变器的研究

在能源枯竭与环境污染问题日益严重的今天，新能源的开发与利用愈来愈受到重视，太阳能以其经济、清洁等优点倍受青睐，而逆变器又是系统中主要的能量变换装置，其性能的好坏，直接影响着太阳能利用效率的高低。本文针对既可独立运行又可并网运行的单相光伏逆变器，采用有效值外环、瞬时值内环的控制方法，既保证了逆变器输出的静态误差为零，又保证了逆变器的输出波形良好。为此，论文主要对系统的电路拓扑结构、控制方法以及并网过程中的数字锁相环和反孤岛保护等技术进行了分析研究。 首先，概述了太阳能利用的意义和广阔前景，给出本课题的主要研究内容，详细分析了逆变电源的主电路结构和工作原理，对控制电路的结构进行了简单的介绍，给出了同时满足独立和并网两种运行模式的输出滤波器结构和元件参数的计算过程，并通过仿真和实验验证了设计的合理性。 在分析主电路工作时序的基础上，阐述了并网型逆变器的控制目标，总结了并网运行时必须满足的条件，用结构框图的形式对当前比较流行的几种逆变电路的控制方法进行了对比分析。本文采用的基于SPWM控制的电压或电流输出控制的算法，具有开关频率固定、物理意义清晰、实现方便的优点，而且能够很方便的实现独立运行与并网运行之间的切换，并能保证输出波形良好，动态响应速度快。 随后，详细讨论了并网过程中的数字锁相环技术，对锁相环电路的组成、工作原理进行了研究，结合DSP控制芯片的捕获功能，针对电网电压同步信号采样电路存在滞后的特点，分析产生滞后的原因，采用超前α修正角的算法，并给出了程序的流程图，实验结果表明此方法可靠有效，能使逆变器输出电流与电网电压完全同相，达到功率因数为1的目的。 孤岛效应是光伏并网系统中必须解决的问题，本文对孤岛效应的含义及相关标准进行了说明，分析了产生孤岛效应的原因，说明了它的危害，证明了添加反孤岛效应保护的必要性，分别对孤岛效应的主动和被动检测法进行了介绍，并用MATLAB仿真工具对主动频率偏移法的反孤岛效应进行了仿真验证。 最后，采用TI公司的TMS320LF2407A DSP作为主控芯片，研制完成1kW实验样机，分别得出了独立运行和并网运行时的实验结果，结果表明，所采用的控制策略和设计的硬件电路能够满足设计要求，系统可安全、稳定运行。