随着环境污染和能源短缺问题的日益严重,寻找一种储备大、无污染的新能源已经成为世界各国的重要战略计划。太阳能作为当今最环保的能源之一,已经得到了人类越来越广泛的应用。本文以最大限度利用太阳能、把高质量电能回馈电网为主要目标,来研究和设计光伏并网逆变器,具有重要的现实意义。光伏并网逆变器是整个光伏并网发电系统中必不可少的一部分,其效率的高低、输出电能的质量和可靠性的好坏将直接影响整个光伏发电系统的性能和投资。
本论文来源于某公司全数字化光伏并网逆变器的研制项目,主要研究内容是数字化并网逆变器的开发。在项目开发的过程中完成了以下工作内容。
首先,对太阳能光伏电池板的数学模型进行了分析,并详细阐述了光伏电池板的伏安特性和最大功率点。在分析光伏电池板不同日照、不同温度下输出特性的基础上介绍了几种常用的最大功率点跟踪控制方法,对几种方法进行了详细的对比和分析,给出了几种方法的优缺点。在结合自身研发的实际情况下提出了本文的MPPT算法——基于输入电压环的功率扰动法,并进行了整机实验,取得了较好的跟踪效果。
其次,分析和研究了单相和三相逆变器主电路的拓扑结构,并根据现在主流的研究方向,选择了较为先进的带变压器单级能量回馈结构,即只采用DC／AC逆变部分,通过隔离变压器来完成部分升／降压的功能。研究并确定了逆变器输出电流的控制方式,并最终确定了光伏并网逆变器研发的总体方案。
再次,在单相全数字控制并网逆变器的设计中,详细分析和研究了并网逆变器的两个技术难点：数字锁相和反孤岛检测,并提出了本文所采用的数字锁相算法和反孤岛检测算法。在三相半数字化并网逆变器的设计中,与单相逆变器的不同点进行了分析,研究了三相逆变器特有的dq变换法,并进行了仿真分析。
最后,本文以TI公司的数字处理芯片TMS320F2812为主控芯片,设计了控制电路、外围检测电路、驱动电路,并制作了实验样机,进行了整机实验。采用数字化控制器必定会造成控制上的时间延迟和相位滞后,为了减小这一影响,本文采用了不对称采样方式,有效地避免了采样过程中的数据混叠,减少了采样的时间延迟。在进行硬件电路设计过程中详细介绍了控制部分的设计方法。采用这一方法后控制部分的精度和抗干扰能力得到了显著提高。
论文最后给出了样机实验结果,验证了所提出的控制策略的有效性,并且对所作的工作进行了总结和展望。
