基于DSP28335的单相与三相储能逆变器设计与应用Word下载.docx

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摘要

近年来随着经济的快速发展，世界能源消耗急剧上升。

通过增加能源消耗促进经济发展的粗放增长方式已造成全球大气、土壤、水源等诸多方面环境质量的严重下降。

随着传统能源逐渐枯竭，分布式发电技术成为研究的热点。

相比传统的集中式发电，分布式发电的优点在于能量利用种类多、环保性好、发电效率高、经济性好。

由于微电网中的光伏、风机等设备会受到气象因素的影响，输出功率具有间歇性和波动性，给电网及负荷带来不可忽视的负面影响。

因此实际应用中微电网内常常会加装储能装置，以平抑光伏、风机等分布式电源产生的功率波动，增加微电网惯性，提高微电网抗扰动能力。

作为能量转换装置的储能逆变器是微电网系统实现削峰填谷、平抑波动的核心环节。

研制出高性能、多功能的储能逆变器具有十分重要的现实意义。

本文首先详细介绍了变流器硬件与软件平台的设计方案，给出各功能模块的硬件电路设计图、分层软件框架与流程图以及上位机调试界面。

然后进行了单相储能逆变器系统与三相储能逆变器系统的设计。

通过基本技术参数的需求设计系统主回路结构、锁相算法及控制策略，并利用开发平台完成样机的研发。

实验波形证明样机研制的可靠性。

最后给出储能逆变器的并联控制方法，利用CAN总线进行逆变器的主机和从机判断，各逆变器根据主机从机采取不同的控制策略，保证任意一台逆变器退出后系统仍可正常运行。

搭建逆变器并机实验平台进行并机测试，实验证明设计思路的可行性。

关键词：

储能逆变器；

开发平台；

硬件样机；

逆变器并联技术；

主从控制

ABSTRACT

Withtherapiddevelopmentofeconomytheseyears,internationalenergyconsumptionisrisingsharply.Theextensiveeconomygrowthmodethroughincreasetheconsumptionofenergyhascausedaseveredeclineinenvironmentalqualityoftheglobalatmosphere,soilandwatersource.Sincethetraditionalenergyisbeingexhausted,distributedgenerationtechnologybecomesaresearchfocus.Comparedwiththetraditionalwayofpowergeneration,theadvantagesofdistributedgenerationaremultipleenergyutilizations,environmentallyfriendly,highpowergenerationefficiencyandeconomical.Thephotovoltaic,windmachinesandotherequipmentinmicrogridcanbeaffectedbymeteorologicalfactors,thereforetheoutputpowerisintermittentandfluctuant,whichbringsnon-ignorablenegativeeffecttothepowergridandload.Thereforetheenergystoragesystemshouldbeinstalledinmicrogrid,forsakeofpowerfluctuationsrestrain,inertiaincreaseandtheabilityofdisturbanceresistanceimprovement.Theenergystorageinverteristhecoreforcarryingoutthepeakloadlevelingandrestrainingpowerfluctuationsinmicrogrid.Thesuccessofenergystorageinverterdevelopmentwithhigh-performanceandmulti-functionhasanimportantpracticalsignificant.

Thispaperintroducesthedesignschemeofinverterhardwareandsoftwareplatformfirstly.Thehardwarecircuitdiagrams,layeredsoftwareframeworksandPCdebuginterfacearepresented.Thenthedesignmethodofsingle-phaseandthree-phaseenergystorageinverterisgiveninthepaper.Themaincircuitstructure,phaselockingalgorithmandcontrolstrategiesaredesignedreferringtobasictechnicalparametersofenergystorageinverter.Thetestingprototypesaredevelopedbasedonthehardwareandsoftwareplatform.Thereliabilityofthetestingprototypeshasbeenprovedthroughexperimentalwaveforms.Furthermore,theparallelcontrolmethodofmultipleenergystorageinvertersispresentedinthispaper.UsingCANbusforthejudgmentofmasterandslaveunit,energystorageinvertersoperatewithdifferentcontrolstrategies.Basedonthismethod,themicrogridsystemcankeepfunctioningnormallyevenifanyinverterisoutofoperation.Theexperimentalplatformforparallelinvertersisbuiltfortestingandthefeasibilityofthecontrolstrategyhasbeenprovedfinally.

Keywords：

Energystorageinverter;

Developmentplatform;

Testingprototypes;

Parallelinvertertechnology;

Master-slavecontrol

目 录

目 录 I

第一章绪论 1

1.1本文研究背景及意义 1

1.2储能逆变器研究现状 2

1.2.1拓扑结构 2

1.2.2调制方法 2

1.2.3控制策略 3

1.2.4数字控制技术 3

1.3本文研究内容及主要工作 4

第二章硬件与软件设计方案 6

2.1数字控制芯片选择 6

2.2硬件电路设计 7

2.2.1电源电路 7

2.2.2采样电路 8

2.2.3驱动电路 9

2.2.4硬件保护电路 10

2.2.5通信电路 10

2.3软件设计 11

2.3.1程序分层架构 11

2.3.2程序流程介绍 12

2.3.3上位机调试软件介绍 14

2.4本章小结 15

第三章单相储能逆变器系统设计 16

3.1单相逆变器基本技术参数 16

3.2单相逆变器基本工作原理 17

3.2.1主回路结构 17

3.2.2调制方式选择 18

3.3数字锁相环设计与实现 19

I

3.3.1二阶广义积分器 20

3.3.2锁相环实现方法 23

3.3.3仿真验证 23

3.4多功能单相逆变器控制策略设计 25

3.4.1离网电压控制 25

3.4.2并网定功率控制 26

3.4.3定电压充电控制 27

3.4.4定电流充电控制 27

3.5仿真分析 27

3.6实验结果 29

3.7本章小结 33

第四章三相储能逆变器系统设计 34

4.1三相逆变器基本技术参数 34

4.2三相逆变器基本工作原理 35

4.2.1主回路结构 35

4.2.2调制方式选择 35

4.3数字锁相环设计与实现 38

4.3.1锁相环实现方法 38

4.3.2仿真验证 39

4.4多功能三相逆变器控制策略设计 40

4.4.1离网电压控制 41

4.4.2并网定功率控制 42

4.4.3定电压充电 43

4.4.4定电流充电 44

4.5实验结果 45

4.6本章小结 49

第五章储能逆变器的并联控制方法 50

5.1逆变器并联技术背景介绍 50

5.2逆变器并联技术应用现状 51

5.3CAN总线介绍 52

5.4储能逆变器并联控制方法 53

5.4.1并联系统通信机制 53

5.4.2离网并机控制方法 54

5.4.3并网并机控制方法 55

5.5实验