单级式双路交错反激并网微型逆变器的设计
发布时间：2021-04-18 16:34
针对单路并网微型逆变器稳定性差功率不足的问题,本文展开对大功率高稳定性微型逆变器的研究,设计出一款基于MC56F84766型DSP为控制核心的单极式双路交错反激并网微型逆变器。此逆变器采用反激电路做为主要的硬件拓扑结构,配合MOS管和晶闸管组成的极性反转桥拓扑,实现DC-DC、DC-AC的转换,最后将转换的交流电并入电网。本文采用变压器隔离的方式,将整个微型逆变器系统分为原边部分和副边部分。两部分通过光耦通信相互合作,提高了微型逆变器的安全性和可靠性,降低了微型逆变器的运营和维护成本。在硬件方面,设计出各电路模块的拓扑结构,给出主要元器件的参数选型。在软件方面,本文采用BCM（临界电流模式）/DCM（断续电流模式）双模式控制的峰值电流调制策略,提出一种改进的无电流检测MPPT算法,提高了微型逆变器的工作效率。此外,针对逆变器无法快速锁相、信息交互缓慢和孤岛现象,本文分别提出了d-q旋转坐标系的锁相算法、电力线载波通信算法以及反孤岛策略算法,实现了微型逆变器快速并网、实时通信和安全离网。最后通过在实验室搭建的平台,测得样机的实际输出功率为560W,样机的总谐波值为2.123%,输出效率值...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
BCM模式下开关漏极与源极间电压波形(横轴为相位角，纵轴为幅值)
中北大学学位论文22图2-9DCM模式下开关漏极与源极间电压波形(横轴为相位角，纵轴为幅值)Figure2-9VoltagewaveformbetweentheswitchdrainandsourceinDCMmode(Thehorizontalaxisisthephaseangle,andtheverticalaxisistheamplitude)2.4一种改进型无电流MPPT算法MPPT就是通过计算产生最大的直流电，并使光伏系统的利用率实现最大化[27,28]。为了得到光伏组件的最大功率跟踪点,本文改良了传统的电压电流采样算法，提出一种新型的最大功率跟踪的改进算法，以此在降低了硬件成本的同时提高了系统的稳定性。要实现此种算法并成功实现最大功率跟踪，首先需要采集光伏板输出的电压值，接着计算得出解耦电容值以及变压器激磁电感电流值，并利用能量守恒得到光伏板流出的电流值，由于计算电流值的公式中包含可以调节输出的占空比，所以最后光伏组件的输出在经过计算得出后通过调制占空比来调控实现最大功率跟踪[29]。本文提出的MPPT算法只在具备了本质电流源结构的拓扑中适用，而反激式逆变器在BCM和DCM模式下时，具有这样的特性，所以可以通过电流开环控制来计算最大功率。光伏板流出的电流可通过下列公式得出：)()()1()(22111kktUULfICfIIkkUUonNkthcpgNkccingpcpv(2-40)其中gf和2ont分别为电网频率和开关导通时间；kU)(c和kU)1(c分别是解耦电容端电压在开关周期为第k和k1时的值；N为原边主开关管S1在频率为100HZ时的通断次数。实现过程具体如下所示：光伏板流出的瞬时直流电的值pvi可通过电容瞬时电流值ci
中北大学学位论文31此外，该CPU芯片还具备了MCU的逻辑控制能力，可快速的收发指令，并将指令精确稳定处理后发出。在除了有特殊功能如电源、复位引脚外，其他引脚功能皆可以根据需求随意更改，极大提高了芯片的灵活性。基于此特殊性，它采用的88引脚的LQFP封装，在保持灵活性的同时也为PCB布局节省了很大的空间。芯片引脚原理图如图3-3所示。图3-3MC56F84766引脚图Figure3-3MC56F84766pinout副边CPU基于是在交流侧部分，所以需要采集并网输出侧的交流信号，利用锁相功能锁定电网的频率和相位，接着通过通信芯片将数据传给原边CPU，使原边芯片分析处理后发出合理的PWM波指导逆变器进行逆变并网工作。同时，我们需要在逆变器外部实时监测其运行状况，所以副边芯片也要时刻与外部通信芯片保持通信。此外，过流保护等保护类型的电路也是必不可少的，副边芯片需要实时接收其信号，保障逆变器正常运行。从上述对副边所负责的功能来看，由飞思卡尔公司生产的型号为MK10DX65的CPU最为合适。此芯片具备了高达50MHzARMCortex-M4的内核，拥有了极高的处理
【参考文献】：
期刊论文
[1]光伏直流微网控制与能量管理策略研究[J]. 谢小高,吴春巧,董汉菁. 杭州电子科技大学学报(自然科学版). 2019(01)
[2]基于锁相环实现信号相频突变的跟踪[J]. 孙永磊,杨昕欣. 现代电子技术. 2018(01)
[3]光伏发电系统蓄电池充电控制器的研究[J]. 史凡. 科技视界. 2017(14)
[4]基于模糊自适应的新型单相锁相环研究[J]. 应戍狄,陈晓英,陈海军. 电气应用. 2016(14)
[5]电力线载波通讯多媒体实验楼设备控制系统[J]. 李嘉鸿. 数字技术与应用. 2016(03)
[6]基于寄生参数补偿技术的防孤岛检测系统的设计与应用[J]. 王磊,王秋莎. 河北电力技术. 2015(06)
[7]新型双Buck非隔离并网逆变器无功补偿研究[J]. 谢勇,方宇,黄丽娟,孙鹏. 电力电子技术. 2015(06)
[8]一种新的光伏系统最大功率跟踪控制方法[J]. 赵志. 电源学报. 2015(03)
[9]改善的主动频率偏移法在光伏并网孤岛检测中的应用[J]. 张佑鹏,邵如平,杨波. 电测与仪表. 2015(06)
[10]基于DSP技术的软件锁相环设计[J]. 邢丽娟,孔祥新,张越杰,王岩. 电子技术. 2014(12)
博士论文
[1]模块化光伏并网系统中微型逆变器和功率优化器结构和控制策略研究[D]. 张哲.浙江大学 2014
[2]中国光伏产业发展战略研究[D]. 李晓刚.吉林大学 2007
硕士论文
[1]基于55nm的超高速全数字锁相环电路设计[D]. 张炎峰.苏州大学 2017
[2]交错并联反激式微型光伏并网逆变器研究与设计[D]. 周思阳.苏州大学 2017
[3]基于能源规划模型的北京地区可再生能源并网研究[D]. 范乐.北京化工大学 2016
[4]基于电力载波的高温测井系统设计与实现[D]. 郑乃川.哈尔滨工程大学 2015
[5]光伏并网微逆变器研究[D]. 王泉策.燕山大学 2015
[6]电力载波在光伏微逆变器分布式发电监控系统中的应用研究[D]. 李丽妮.华南理工大学 2014
[7]光伏并网系统孤岛效应的研究[D]. 章成.南昌大学 2013
[8]太阳能并网光伏微逆变器的设计[D]. 杨艳.西安工业大学 2013
[9]基于DSP光伏并网逆变器的控制策略研究[D]. 陆锡都.电子科技大学 2012
[10]用于光伏电源的同步逆变器研究[D]. 杨博.华北电力大学 2012
本文编号：3145804
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
BCM模式下开关漏极与源极间电压波形(横轴为相位角，纵轴为幅值)
中北大学学位论文22图2-9DCM模式下开关漏极与源极间电压波形(横轴为相位角，纵轴为幅值)Figure2-9VoltagewaveformbetweentheswitchdrainandsourceinDCMmode(Thehorizontalaxisisthephaseangle,andtheverticalaxisistheamplitude)2.4一种改进型无电流MPPT算法MPPT就是通过计算产生最大的直流电，并使光伏系统的利用率实现最大化[27,28]。为了得到光伏组件的最大功率跟踪点,本文改良了传统的电压电流采样算法，提出一种新型的最大功率跟踪的改进算法，以此在降低了硬件成本的同时提高了系统的稳定性。要实现此种算法并成功实现最大功率跟踪，首先需要采集光伏板输出的电压值，接着计算得出解耦电容值以及变压器激磁电感电流值，并利用能量守恒得到光伏板流出的电流值，由于计算电流值的公式中包含可以调节输出的占空比，所以最后光伏组件的输出在经过计算得出后通过调制占空比来调控实现最大功率跟踪[29]。本文提出的MPPT算法只在具备了本质电流源结构的拓扑中适用，而反激式逆变器在BCM和DCM模式下时，具有这样的特性，所以可以通过电流开环控制来计算最大功率。光伏板流出的电流可通过下列公式得出：)()()1()(22111kktUULfICfIIkkUUonNkthcpgNkccingpcpv(2-40)其中gf和2ont分别为电网频率和开关导通时间；kU)(c和kU)1(c分别是解耦电容端电压在开关周期为第k和k1时的值；N为原边主开关管S1在频率为100HZ时的通断次数。实现过程具体如下所示：光伏板流出的瞬时直流电的值pvi可通过电容瞬时电流值ci
中北大学学位论文31此外，该CPU芯片还具备了MCU的逻辑控制能力，可快速的收发指令，并将指令精确稳定处理后发出。在除了有特殊功能如电源、复位引脚外，其他引脚功能皆可以根据需求随意更改，极大提高了芯片的灵活性。基于此特殊性，它采用的88引脚的LQFP封装，在保持灵活性的同时也为PCB布局节省了很大的空间。芯片引脚原理图如图3-3所示。图3-3MC56F84766引脚图Figure3-3MC56F84766pinout副边CPU基于是在交流侧部分，所以需要采集并网输出侧的交流信号，利用锁相功能锁定电网的频率和相位，接着通过通信芯片将数据传给原边CPU，使原边芯片分析处理后发出合理的PWM波指导逆变器进行逆变并网工作。同时，我们需要在逆变器外部实时监测其运行状况，所以副边芯片也要时刻与外部通信芯片保持通信。此外，过流保护等保护类型的电路也是必不可少的，副边芯片需要实时接收其信号，保障逆变器正常运行。从上述对副边所负责的功能来看，由飞思卡尔公司生产的型号为MK10DX65的CPU最为合适。此芯片具备了高达50MHzARMCortex-M4的内核，拥有了极高的处理
【参考文献】：
期刊论文
[1]光伏直流微网控制与能量管理策略研究[J]. 谢小高,吴春巧,董汉菁. 杭州电子科技大学学报(自然科学版). 2019(01)
[2]基于锁相环实现信号相频突变的跟踪[J]. 孙永磊,杨昕欣. 现代电子技术. 2018(01)
[3]光伏发电系统蓄电池充电控制器的研究[J]. 史凡. 科技视界. 2017(14)
[4]基于模糊自适应的新型单相锁相环研究[J]. 应戍狄,陈晓英,陈海军. 电气应用. 2016(14)
[5]电力线载波通讯多媒体实验楼设备控制系统[J]. 李嘉鸿. 数字技术与应用. 2016(03)
[6]基于寄生参数补偿技术的防孤岛检测系统的设计与应用[J]. 王磊,王秋莎. 河北电力技术. 2015(06)
[7]新型双Buck非隔离并网逆变器无功补偿研究[J]. 谢勇,方宇,黄丽娟,孙鹏. 电力电子技术. 2015(06)
[8]一种新的光伏系统最大功率跟踪控制方法[J]. 赵志. 电源学报. 2015(03)
[9]改善的主动频率偏移法在光伏并网孤岛检测中的应用[J]. 张佑鹏,邵如平,杨波. 电测与仪表. 2015(06)
[10]基于DSP技术的软件锁相环设计[J]. 邢丽娟,孔祥新,张越杰,王岩. 电子技术. 2014(12)
博士论文
[1]模块化光伏并网系统中微型逆变器和功率优化器结构和控制策略研究[D]. 张哲.浙江大学 2014
[2]中国光伏产业发展战略研究[D]. 李晓刚.吉林大学 2007
硕士论文
[1]基于55nm的超高速全数字锁相环电路设计[D]. 张炎峰.苏州大学 2017
[2]交错并联反激式微型光伏并网逆变器研究与设计[D]. 周思阳.苏州大学 2017
[3]基于能源规划模型的北京地区可再生能源并网研究[D]. 范乐.北京化工大学 2016
[4]基于电力载波的高温测井系统设计与实现[D]. 郑乃川.哈尔滨工程大学 2015
[5]光伏并网微逆变器研究[D]. 王泉策.燕山大学 2015
[6]电力载波在光伏微逆变器分布式发电监控系统中的应用研究[D]. 李丽妮.华南理工大学 2014
[7]光伏并网系统孤岛效应的研究[D]. 章成.南昌大学 2013
[8]太阳能并网光伏微逆变器的设计[D]. 杨艳.西安工业大学 2013
[9]基于DSP光伏并网逆变器的控制策略研究[D]. 陆锡都.电子科技大学 2012
[10]用于光伏电源的同步逆变器研究[D]. 杨博.华北电力大学 2012
本文编号：3145804
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