基于dsp的光伏并网逆变器硬件电路的设计本科毕业设计论文Word下载.docx

基于dsp的光伏并网逆变器硬件电路的设计本科毕业设计论文Word下载.docx

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能源工程学院

专业

电气工程及其自动化

指导教师

荆红莉

答辩日期

2015年5月23日

榆林学院

毕业设计（论文）诚信责任书

本人郑重声明：

所呈交的毕业设计（论文），是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。

毕业设计（论文）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。

尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人毕业设计（论文）与资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。

论文作者签名:

年月日

摘要

伴随着人类生活水平的不断提高，环境污染和能源危机已成为人类的一个巨大的难题，而太阳能作为一种可再生新能源，它具有清洁、环保、丰富等特点，因此其开发利用越来越得到人们的青睐。

在过不久，太阳将会成为人类所需能源的主要来源，它的开采形式主要是并网发电系统，是将太阳能以光的形式转化为电能而被人们利用。

近些年，随着人们对光伏并网逆变系统的深入研究，一些高性能的数字信号处理器芯片也相继问世，它们的出现不仅简化了光伏并网的控制结构，而且极大的提高了光伏并网的系统性能。

本篇论文主要研究的是光伏发电系统，而且实现了单相光伏并网逆变器硬件电路的设计。

论文首先描述了太阳能光伏并网的国内发展现状，并介绍了光伏并网系统的基本原理。

然后提出了以双级式非隔离电压型逆变器为核心的单相光伏并网逆变器的硬件电路设计方案，同时对硬件电路的参数进行了计算与设计，并在Matlab软件上实现了仿真测试。

最后对本篇论文进行内容总结以及对后续研究工作进行了展望。

关键词：

光伏并网；

逆变器；

数字信号处理器。

PhotovoltaicGridInverterBasedOnDSPHardwareCircuitDesign

ABSTRACT

Alongwiththehumanlivingstandardenhancesunceasingly,environmentalpollutionandenergycrisishasbecomeahugeproblemofmankind,andsolarenergyasakindofcanbeborninenergy,ithasaclean,environmentalprotection,richcharacteristics,etc.soitsdevelopmentandutilizationofmoreandmoregetthefavorofpeople.Soonsolarenergywillbecomethemainsourceofenergyneededforhuman,itsminingformmainlyphotovoltaicgridpowergenerationsystems.Isthesolarenergyintoelectricalenergyintheformoflightandbeusedbypeople.Inrecentyears,withthein-depthstudyofthephotovoltaicgridinvertersystems,somehighperformanceDigitalSignalProcessorchipalsoappeared.theirpresencenotonlysimplifiesthecontrolstructureofthephotovoltaicgrid,andgreatlyimprovetheperformanceofphotovoltaicgridsystems.Thispapermainlystudiesthephotovoltaicpowergenerationsystems.Andimplementsthesingle-phasephotovoltaicgridinverterbasedonDigitalSignalProcessorhardwarecircuitdesign.

Thepaperfirstlydescribedthedevelopmentofsolarphotovoltaicgridintheworld,andexplainedthecontrolledphotovoltaicgridsystem.Andthenputforwardtothetwo-stagetypeofisolationvoltagetypeinvertersingle-phasephotovoltaicgridinverterasthecoreofhardwarecircuitdesign,atthesametimeparameterwascalculatedandthedesignofhardwarecircuit,angrealizesthesimulationontheMatlabsoftwaretesting.Thelastofthispapersummaryaswellastothefurtherresearchworkisprospected.

Keywords:

grid-connectedphotovoltaic;

inverter;

DSP

第一章绪论

1.1课题研究的背景和意义

随着人类社会的现代化、工业化、智能化的不断发展，能源在人们生活和社会发展中起着决定性作用。

它已经成为人类社会发展的动力，不断的为人们提供便利，因此人类的能源需求也在日益扩大。

随着人类对一次性能源的无节制开采，环境污染也在日趋严重。

如温室效应、酸雨、厄尔尼诺现象等一系列环境问题都在威胁着人类的可持续发展。

因此，能源和环境已经成为人类所要迫切解决的问题。

在人类社会中，由于人们对自然资源的过度采集，致使能源枯竭和环境污染已成为人累面临的最大的危机。

因此，整个人类都在寻找更加清洁、便利的二次能源。

而太阳能不仅资源丰富，而且使用环保、方便，是人类所寻找替代能源的不二选择。

它是由光伏并网逆变系统将光能转化为电能的新型能源，其中光伏发电系统是人类利用太阳能发电的高新技术，在人类社会进程中具有巨大的发展潜力。

在过去由于受到发展水平的限制，导致光伏电池的生产成本昂贵，而且技术实现难度较大，所以光伏发电多用于一些比较偏僻的地区。

而如今随着相关技术的不断成熟，光伏技术也有了闪电式的发展。

伴随着光伏系统的飞跃式发展，生产成本在不断下降，工作效率和市场业绩也在不断提升，这些将会为人类将来光伏并网技术的全面发展打下来坚实的基础。

从人类所开采利用能源结构变化的发展趋势中可以明显的看出，在今后很长的一段时间里，对环境污染较严重的非一次能源的使用将会急剧下降，而光伏发电的使用将会大幅度的提升。

所以积极推进太阳能发展对能源危机和环境问题的解决具有十分重要的作用，而且它对人类社会的可持续发展具有极为重要的意义。

1.2国内外研究现状

1.2.1国外研究现状

由于光伏并网逆变系统的经济、环保、效率高等特点，因此在国际市场中，具有良好的发展前景。

近些年，随着西方国家不断加大对光伏发电产业的投资力度，光伏并网逆变器的发展速度也越来越快。

但在全球光伏并网逆变器市场中，主要由美国、日本、德国等国家占据了大部分市场份额，他们不仅拥有完整的产业结构，而且还具有世界领先的技术。

在全世界的光伏市场中，欧洲以绝对的优势处于世界的首要位置。

它们的光伏产品已经实现了产业化的发展，而且拥有十分完善的市场规模。

但是，随着人类对光伏技术的不断重视，一些发展中国家对光伏市场的投资力度也在不断增加，他们光伏市场也已经具有一定的规模，而且在部分光伏产品的研制方面已经处于较为先进的地位。

从以上可以看出，光伏发电在全世界范围内有着及其广泛的应用，己逐渐成为光伏产业的重要支柱，具有良好的发展趋势。

1.2.2国内研究现状

我国是一个土地面积广阔、人口众多，太阳能丰富的国家，因而太阳能的开发具有巨大的潜能。

但由于我国在光伏发电领域的发展较晚，而且仅仅在部分领域拥有较多的应用，因此我国的光伏产业与国外相比还有一定的差距。

但近些年，随着我们国家对光伏并网型逆变器研究费用的巨大投入，在逆变器研究方面我国有不少厂家已取得了优良的成绩，并且在市场也形成了一定的规模和市场竞争力。

与其他国家的相关企业相比，我国光伏产品的相关技术相对落后，市场规模较小，但光伏市场有着巨大的发展潜力和应用空间，将给我国的光伏企业迎来前难得一见的发展机遇。

1.3本课题研究的主要内容

在本论文中，首先我们介绍光伏并网的国内外发展情况，然后对光伏发电系统的控制原理进行了分析与比较，并提出了以双级式非隔离电压型逆变器为核心的单相光伏并网逆变器的硬件电路的控制方法，对主电路中的元件参数进行了计算与设计，最后对逆变电路进行的仿真来检验系统的硬件电路和所选的参数进准确性。

在设计结束后，我们对本论文的内容进行总结，并对日后的相关工作进行了展望。

第二章光伏并网逆变系统的控制策略

在光伏并网系统中，其原理是首先利用光伏阵列将其接收的光能转化为电能，然后由升压斩波电路将直流电压升高后送入逆变器，经逆变器作用后转换为交流电。

最后我们对所获得电能进行滤波处理后接入电网。

在控制系统的设计中，选用不同的控制方式往往会对系统产生不同的效果。

因此，本章主要通过对逆变器的结构、性能进行分析，从而确定系统的控制方案。

2.1逆变器的拓扑结构分类

在光伏并网系统中，逆变器结构的选择是逆变系统设计的一个非常重要的部分，它的结构和性能对并网系统的安全运行有着决定性作用。

因此，逆变器拓扑结构的设计必须严格谨慎，以下是光伏并网逆变器的分类。

根据有无隔离变压器可将逆变器分为隔离型和非隔离型两种结构，如图2-1所示。

图2-1光伏并网逆变器的分类

（1）隔离型光伏并网逆变器

由上图可知，隔离型可分为工频隔离型和高频隔离型两种。

其中工频隔离型并网逆变器结构如图2-2所示。

其原理是将直流电转化为交流电能并入电网，所以它的主要功能是分配电能和把输入和输出电能隔离开来。

其优点是主电路结构和控制电路结构简单，电磁干扰小，维护方便，系统可靠性较高。

但是体积庞大，安装和运输难度大。

图2-2工频隔离型并网逆变器结构

高频隔离型光伏并网逆变器是经过两次逆变成交流电的装置。

它是利用高频方波逆变来提高变压器的工作频率，因此具有体积小、质量轻、便运输等优点。

其缺点是由于能量传递级数增多，导致能量损失较大。

其结构如图2-3所示。

图2-3高频隔离型并网逆变器结构图

（2）非隔离型并网逆变器

非隔离型并网逆变器的能量传递一般只有两级，因此减少了变压器在电磁转换过程中的能量损失，可以有效提高光伏并网逆变系统工作效率。

它具有体积轻便，结构简单，成本低，工作效率高等优点。

按其拓扑结构可分为单级和多级式两种结构，如图2-4所示。

（a）单级式非隔离型结构

（b）多级非隔离型结构

图2-4非隔离型并网逆变器结