三相光伏并网逆变器.pdf

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上海红申电气有限公司摘要I三相光伏并网逆变器三相光伏并网逆变器研发研发与与智智造造专业：

控制理论与控制工程在职研究生：

张秀云（上海红申电气有限公司工程师）指导教师：

刘一鸣（教授级高工）摘摘要要光伏并网发电过程是将直流电变为交流电并将能量输送给电网，逆变器是太阳能电池和大电网连接的核心设备，它的稳定性和可靠性决定了输送电能的质量，为了提高发电质量，需要对系统的硬件和软件做深入的分析。

本文对这两个方面都做出了比较详细的数学推导，并进行了理论仿真，然后在此基础上搭建了硬件平台，对这些算法进行了初步的验证，给出了相应的实验结果。

首先，本文对光伏阵列的结构进行了分析，并搭建了阵列的仿真模型，从仿真模型的PU曲线可以看出阵列存在最大输出功率，并在此基础之上就最大功率跟踪问题做出了深入思考，在传统的算法基础之上提出了一种算法，仿真表明该算法比传统算法具有更好地跟踪效果。

接着，本文对逆变器的拓扑结构做出了说明，并选择了单级式的拓扑结构作为本文研究对象。

对于L型和LCL型的滤波器结构而言，其数学模型是不同的，并网电流的控制算法也要做相应的改变。

对于电压型逆变器，本文采用直接电流控制，分别对滞环控制和三角波比较控制做出了分析。

特别地，对于LCL型滤波器在同步坐标系下因其复杂的解耦，本文引入了PR控制，搭建了matlab仿真对上述算法进行了仿真和对比分析。

最后，本文就L，LCL滤波器还有采样电路进行了理论计算，搭建了实验平台，用TMS320F2812做核心控制器对理论算法进行了初步的验证，给出了实验波形。

关键词：

光伏并网发电最大功率点跟踪直接电流控制PR控制红申电气上海红申电气有限公司摘要IIThree-phasedPhotovoltaicGrid-connectedInverterAndControlSpeciality:

ControlTheoryandControlEngineeringName:

ZhangXiuyunSupervisor:

ProfessorWangXiaoleiAbstractThephotovoltaicpowergenerationprocessismakingthedirectcurrenttothealternatingcurrentandtransmissingtothegrid,theinverteristhecoreequipmentoftheconnectionbetweensolarcellsandgrid,itsstabilityandreliabilitydeterminethequalityoftheelectricalenergytransmission.Inordertoimprovethequalityofpowergeneration,ain-depthanalysisonhardwareandsoftwareofthesystemhavedone.Thispaperhavemadeamoredetailedmathematicalderivationandtheoreticalsimulationonthesetwoaspects,havealsomadeapreliminaryvalidationofthesealgorithmsandgiventhecorrespondingexperimentalresultsonahardwareplatform.First,thispaperanalyzesthestructureofthephotovoltaicarray,thenbuildsasimulationmodelofthePVarray.TheexistofmaximumoutputpoweroftheP-Ucurvecanbeseenfromthesimulationmodel,adeepthinkingofthemaximumpowerpointtrackingalsohavedoneonthisbasis,andproposesanewalgorithmsimulationshowsthathasabettertrackingresultscomparedwiththetraditionalalgorithm.Then,thispaperdescribesthetopologyoftheinverter,andselectssingle-stagetopologyasaresearchobject.ForL-andLCL-filterstructure,themathematicalmodelisdifferent,andthenetcurrentcontrolalgorithmsalsoneedtodotheappropriatechange.Inthispaper,directcurrentcontrolisusedonvoltagesourceinverter,andrespectivelyanalysiseshysteresiscontrolandthetrianglewavecomparingcontrol.Inparticular,becausedecouplingoftheLCLtypefilterinthesynchronouscoordinatesystemiscomplicated,thispaperintroducesPRcontrol,setsupamatlabsimulationtosimulateandgivecomparativeanalysisoftheabovealgorithm.Finally,thispapergivestheoreticalcalculationsoftheL-andLCL-filterandsamplingcircuit,buildsanexperimentalplatformusingTMS320F2812ascorecontrollertodoapreliminaryvalidationofthetheoreticalalgorithm,andgivestheexperimental上海红申电气有限公司摘要IIIwaveforms.Keywords：

Grid-connectedPhotovoltaicPower；MaximumPowerPointTracking；Directcurrentcontrol；PRcontrol上海红申电气有限公司目录I目录1.绪论11.1课题研究背景及意义11.2太阳能发展的最新动态11.3简述太阳能电池的分类11.4我国太阳能资源21.5太阳能光伏发电系统的其他应用21.6本文的所做的工作32.光伏阵列的电气特性42.1太阳能电池的基本原理42.2光伏阵列的建模和特性分析42.2.1光伏阵列的数学模型42.2.2不同光照强度下光伏阵列的的IU及P-U特性特征曲线62.2.3不同温度下光伏阵列的IU及P-U特性特征曲线72.3最大功率点控制策略及仿真82.3.1固定电压法（C&T）82.3.2扰动观测法（perturb&observealgorilhms,P&O）82.3.3电导增量法（IncrementalConductance）82.3.4牛顿插值算法（Newtonmethod）92.4本章小结143.三相单级式光伏并网逆变器的控制策略153.1光伏并网逆变器电力质量技术要求153.2光伏并网逆变器拓扑结构153.2.1并网逆变器拓扑结构分类153.2.2本系统的拓扑结构以及分析163.3三相单级式光伏并网逆变器的工作原理193.3.1三相半桥L型滤波器数学模型193.3.2三相半桥LCL型滤波器数学模型223.3.3并网电流控制技术243.3.4并网逆变器算法的仿真及其分析253.4本章小结36上海红申电气有限公司目录II4.光伏并网逆变器主电路的搭建374.1霍尔传感器的使用374.2光伏并网逆变器采集部分的设计384.2.1电压采样和电流采样调理384.2.2用于捕获口的过零检测电路434.3IGBT驱动及保护电路的实现444.3.1驱动电路444.3.2过流、过压、过温及短路保护444.4本章小结465.基于DSP2812并网逆变器的实现475.1开环SPWM波的DSP实现475.2开环SVPWM波的DSP实现495.3定时滞环PWM波的DSP实现515.4DSP的AD采集的实现515.5关于锁相功能的思考与实现525.6数字PI控制器、PR控制器535.6.1数字PI控制器的DSP实现535.6.2数字PR控制器的DSP实现555.7实验结果565.8本章总结576.总结与展望586.1总结586.2展望58参考文献59附录：

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上海红申电气有限公司第一章绪论11.绪论1.1课题研究背景及意义不言而喻，随着时间的推移，化石燃料的不断枯竭，势必人们会越来越清醒的认识到，能源问题将是一个制约人类发展的重大问题，不得不提前做好充分思想准备，以及必要的行动。

不可再生能源会因消耗而减少，人们都把目光投向可再生能源的开采和利用。

太阳能是可再生能源的一种，它在前期投入后，管理以及运行费用少，同时无噪声污染，是一种很好的自然资源。

同时它在我国也分布广泛，充分利用好太阳能将对我国的经济以及生态环境有重大而深远的影响。

1.2太阳能发展的最新动态1煤，石油等是可再生能源，总有用完的一天，人类社会若要长久发展，不得不提前考虑可再生能源的利用，现在很多国家开始关注太阳能这一块天地，并在积极寻求有效开采太阳能的办法。

下面介绍了几种目前太阳能利用的新动向。

（1）最新太阳能采集装置氦气球美国技术人员JosephCory和航天工程师PiniGurfil话费多年时间一同对氦气球进行了开发，并获得了成功。

研究发现10ft（1ft=0.3048m）大的气球可以输出一千瓦左右的能量，这对采集太阳能来说其意义是非常深远的。

（2）有机薄膜太阳能电池新型的有机薄膜电池的转换效率较传统的效率高。

与原来两层的构造相比，它加入一层混合薄膜，这样就变为三层了，由于面积增加从而提高了太阳能利用率。

（3）南非发明廉价太阳能电池在南非的约翰内斯堡大学维维安艾伯特发明了一种新型的太阳能电池板，该电池板是一层只有5m的特种感光合金，这大大提高了太阳能电池板的材料利用率，从而有效地降低了光电转换的成本。

1.3简述太阳能电池的分类太阳能电池按照不同的材料可以分为硅和化合物，其中硅又可以分为晶体和非晶体，化合物可以分为铟硒铜、碲化镉、砷化镓、磷化铟。

对于晶体而言，可分为单晶体多晶体薄膜式多晶。

太阳能电池的分类如图1.1所示：

上海红申电气有限公司第一章绪论2太阳能电池硅化合物晶体非晶体单晶多晶薄膜式多晶铟硒铜碲化镉砷化镓磷化铟图1.1太阳能电池的分类1.4我国太阳能资源我国有着十分丰富的太阳能资源，全国太