单相并网逆变器总体设计Word格式文档下载.doc

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白喆杨

专业

班级

电气07

题

目

题目名称

电力负荷预测模型与算法研究

题目性质

1.理工类：

工程设计（）；

工程技术实验研究型（）；

理论研究型（√）；

计算机软件型（）；

综合型（）。

2.管理类（）；

3.外语类（）；

4.艺术类（）。

题目类型

1.毕业设计（√）2.论文（）

题目来源

科研课题（）生产实际（）自选题目（√）

主

要

内

容

1、逆变电源并网工作的研究

2、滤波器在电路中的作用

3、并网控制方法的研究

4、采用LCL滤波器的并网过程仿真研究

基

本

求

1.掌握并网工作的基本原理；

2.给出电路设计的具体方案；

3.学习matlab仿真软件；

4.绘制A0图纸一张，论文一本。

参

考

资

料

1、电力电子技术电工技术学报等期刊杂志

2、三相电压型整流器的LCL滤波器分析与设计电力电子

3、新能源并网发电的控制研究电力系统保护与控制

4、DC-DC逆变技术及其应用陈道炼机械工业出版社

周次

1～3周

4～8周

9～10周

11～14周

15～18周

应

完

成

的

查阅相关的中文资料，熟悉控制方法的工作原理，翻译一篇英文资料

主电路的确定，参数设计

控制方案的确定，控制电路的设计

系统仿真研究

撰写论文，答辩

鲁敏

职称：

讲师2011年3月5日

系级教学单位审批：

年月日

摘要

随着“绿色环保”概念的提出，以解决电力紧张，环境污染等问题为目的的新能源利用方案得到了迅速的推广，这使得研究可再生能源回馈电网技术具有了十分重要的现实意义。

如何可靠地、高质量地向电网输送功率是一个重要的问题，因此在可再生能源并网发电系统中起电能变换作用的逆变器成为了研究的一个热点。

本文以全桥逆变器为对象，详细论述了基于双电流环控制的逆变器并网系统的工作原理，推导了控制方程。

内环通过控制LCL滤波中的电容电流，外环控制滤波后的网侧电流。

大功率并网逆变器的开关频率相对较低，相对于传统的L型或LC型滤波器，并网逆变器采用LCL型输出滤波器具有输出电流谐波小，滤波器体积小的优点，在此基础上本系统设计了LCL滤波器。

本文分析比较了单相逆变器并网采用单闭环和双闭环两种控制策略下的并网电流，并对突加扰动情况下系统动态变化进行了分析。

在完成并网控制系统理论分析的基础上，本文设计并制作了基于TMS320LF2407DSP的数字化控制硬件实验系统，包括DSP外围电路、模拟量采样及调理电路、隔离驱动电路、保护电路和辅助电源等,最后通过MATLAB仿真软件进行验证理论的可行性,实现功率因数为1的并网要求。

关键词并网逆变器；

LCL滤波器；

双电流环控制；

DSP

目录

摘要 I

Abstract II

第1章绪论 1

1.1国内外可再生能源开发的现状及前景 1

1.1.1可再生能源开发的现状及前景 1

1.1.2可再生能源并网发电系统 3

1.2并网逆变器的研究现状及趋势 4

1.3本文的结构及主要内容 6

第2章单相并网逆变器总体设计 8

2.1并网逆变器组成原理及主体电路硬件设计 8

2.1.1系统逆变主体电路拓扑结构及原理 8

2.1.2系统主体电路参数设计 9

2.2逆变器的SPWM调制方式分析 10

2.3LCL滤波器的设计 14

2.3.1利用隔离变压器漏感确定LCL滤波 14

2.3.2LCL滤波器数学模型及波特图分析 15

2.3.3LCL滤波器的参数设计 16

2.4并网控制策略的提出 18

2.4.1电流型并网模型分析 18

2.4.2几种控制方法分析 20

2.4.3使用双电流闭环控制策略 23

2.5本章小结 25

第3章系统仿真及结果分析 26

3.1单相逆变器开环仿真 26

3.2单相逆变器并网单闭环仿真分析 27

3.3基于双电流环的单相逆变器并网仿真分析 28

3.4突加扰动时系统动态分析 29

3.5本章小结 31

第4章数字化并网控制系统硬件设计 32

4.1基于DSP的并网控制系统整体设计 32

4.2系统电路设计 33

4.2.1DSP外围电路设计 33

4.2.2模拟信号采样电路 34

4.2.3隔离、驱动电路 36

4.2.4多功能控制电源设计 37

4.2.5保护电路设计 38

4.3本章小结 38

结论 39

参考文献 40

致谢 42

附录1 43

附录2 52

附录3 59

第1章绪论

1.1国内外可再生能源开发的现状及前景

1.1.1可再生能源开发的现状及前景

自20世纪50年代以来，随着经济活动的增加，世界能源消耗急剧上升，世界能源消耗增长了20倍。

然而，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，暴露出以煤炭等常规能源为主的能源结构的弊端。

上个世纪70年代西方发生石油危机以来，人们逐渐认识到，矿物能源终会有耗尽之时，人类要维持自身的生产生活，就必须开发新的能源，特别是可再生能源。

由此，世界上掀起了一股开发利用可再生能源的热潮，特别是1992年联合国世界环境与发展大会后，世界各国都将积极推动可再生能源的发展当作21世纪能源发展的基本选择，并在全世界范围内达成了广泛的共识【1】。

可再生能源是指在自然界中可以不断再生、永续利用、取之不尽、用之不竭的资源，它对环境无害或危害极小，而且资源分布广泛，适宜就地开发利用。

可再生能源主要包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能和海洋能等。

世界各国发展可再生能源的动因和方向有较大差别。

发达国家发展可再生能源的主要目的是：

应对气候变化，减排温室气体；

保护环境，减少大气污染；

能源来源多样化，保障能源安全；

保持技术优势，扩大出口等。

而发展中国家发展可再生能源的目的主要是在于：

解决农村能源问题，扩大能源供应和缓解能源短缺。

因此，世界各国发展可再生能源所采取的战略也有一定的差别。

在可再生能源技术方面，美国、欧洲、日本等发达国家都是世界上的领先者，许多成功的经验和技术值得学习和借鉴。

这些国家以科技为先导，采取多种激励措施，将先进技术转化为产业，并拥有了最大份额的市场。

美国政府一直都将促进可再生能源的开发利用作为其能源政策的核心内容之一，并以法律的形式规定了一系列减税和生产补贴政策，促进和支持可再生能源的开发和利用。

2005年8月的（2005年国家能源政策法）明确要求为太阳能、地热能、生物能等可再生能源的开发提供资助，还对核电以及天然气给予了相关政策支持。

欧盟自20世纪90年代初开始就高度重视能源战略。

1997年，欧盟在‘可再生能源发展白皮书》中提出，可再生能源在一次能源中的比例要由1997年的6％提高到2010年的12％，2020年提高到20％，2050年提高到50％。

1999年欧盟发布的《欧洲共同体战略起飞白皮书》提出了实现可再生能源份额提高的行动计划，行动计划包括；

进一步鼓励可再生能源利用的政策、加强成员国之间的合作、鼓励各国在可再生能源领域内的投资，并加强可再生能源的信息传播与服务。

德国政府自20世纪70年代起，就开始花大力气促进可再生能源技术的开发，迄今已投入研究经费17.4亿欧元，并在诸多方面取得显著成效。

如德国的风能发电量占全球的三分之一，并占德国电力生产总量的4％，远高于世界0.4％的平均水平。

日本是一个常规能源极度短缺的国家，这一状况促使日本形成了积极开发和利用可再生能源的观念。

自1973年石油危机后，日本开始大力提高能源效率，实施能源多样化方针，并积极引进天然气和核能，摆脱对石油的依赖。

同时，太阳能发电和风能发电在日本也得到了迅速发展和普及。

到2001年，天然气在日本能源消费构成中所占的比例已经从第一次石油危机时的1.5％提高到13．8％，核电占日本能源消费的比例则达到14.1％。

日本政府制定的《新日光计划（1994～2030）》提出：

到2010年可再生能源供应量和常规能源的节能量要占能源供应总量的10％，2030年达到34％【2】。

中国作为一个迅速崛起的发展中国家，面临着经济增长与环境保护的双重压力。

2004年6月，我国在《能源中长期发展规划纲要》中提出要大力开发水电、积极推进核电、鼓励发展风电、生物质能等可再生能源，到2020年中国可再生能源发电装机容量将占总装机容量的30％以上。

2005年2月28日，我国颁布了《中华人民共和国可再生能源法》，将可再生能源列为能源发展的优先领域，明确规范了政府和社会在可再生能源开发利用方面的责任与义务，并制定了一系列制度和措旌，为可再生能源的发展提供了法律保障。

2006年3月公布的“十一五”规划也明确提出；

要构筑稳定、经济、清洁的能源供应体系，大力发展可再生能源。

规划提出，到2020年把可再生能源占一次能源供应的比重，从目前的7％提高到15％。

为实现这一目标，中国未来15年将大约需要投资1.5万亿元。

经过多年的发展，我国可再生能源的开发利用己取得了很大进展，其中小水电、太阳能利用和沼气能开发的规模和技术发展水平均处于国际领先地位，风电装机容量也位居世界第10位，至2003年底，全国己建成36个风电厂，并网风力发电装机容量为56.9万KW，单机容量750KW以下大型风力发电设备已形成了自主生产能力，兆瓦级的大型风力发电设备正在研发。

第二届国际可再生能源大会于2005年11月7日至8日在北京人民大会堂召开，共有78个国家和地区的政府代表参加，联合国秘书长安南和国家主席胡锦涛向大会发来书面致辞。

大会通过了《北京宣言》，呼吁各国加快可再生能源的发展，以应对能源压力。

胡锦涛主席在给大会的致辞中强调：

“加强可再生能源开发利用，是应对日益严重的能源和环境问题的必由之路，也是人类社会实现可持续发展的必由之路。

国际社会应该在研究开发、技术转让、资金援助等方面加强合作，使可再生能源在人类经济社会发展中发挥更大作用，造福各国人民。

”他还指出“加强全球合作，妥善应对能源和环境挑战，实现可持续发展，是世界各国的共同愿望，也是世界各国的共同责任。

大力发展可再生能源已成为国际社会的共识。

”【3】

1.1.2可再生能源并网发电系统

一般能源从其原始状态到输入电网的过程大体可分为：

能源转化、能量转移或二次转化、能量存储及功率控制等步骤[4]。

各种能源由于其转化为电能的方式不同，将其送入电网时必须使用交流技术按用户的要求对其进行调整和控制；

另外，大部分可再生能源直接产生的能量通