摘 要

随着世界各国经济的发展，同时也加速了全球能源消耗，各个国家都在提倡可再生能源的利用，其中光伏发电产业获得了十分迅猛的发展，越来越多的光伏电站投入到了实际的使用当中。在光伏发电系统中并网技术是十分重要的环节，在逆变环中采用并网控制技术能够实现对并网侧参考电流的跟踪以及锁相处理。

基于光伏发电系统近年来的发展趋势，本文首先对光伏系统的拓扑结构进行分析，讨论了并网逆变系统不同的电流控制技术；随后对整个逆变滤波环节做了小信号分析，论述了PI环节的必要性。本文使用了带有电压前馈的三角波比较控制方式。详细地设计了逆变器主电路和各个部分的硬件电路，基于TMS320F2812设计了主要的软件流程，对硬件部分和软件部分进行了分析。

本文基于Simulink搭建了单相逆变器并网系统的仿真模型，对各个不同参数下的并网电流波形进行了分析，验证了算法和结构的正确性。

关键词：光伏系统；逆变器；并网技术；锁相

Abstract

In recent years, due to the shortage of global resource, and many countries were advocating the use of renewable resource, which led to the rapid development of photovoltaic power generation system, and more and more photovoltaic plants were came into use. Photovoltaic grid-connected technology is an essential part of whole PV power generation system, which can realize the tracing of reference current and phase locked.

Based on the developing tendency of PV system these years, this thesis presents the topological structure firstly, and then discuss the necessary of PI unit of whole inverter and smoothing parts with small-signal analysis. In the meantime, different current control technologies are introduced; A triangular modulation control strategy with voltage feed-forward is employed in this thesis. Next, this thesis particularly describes the design of hardware schematic of each unit and gives detailed analysis, including the software, the software design procedure based on the digital processor TMS320F2812.

Finally, simulation model of grid-connected single-phase inverter system is constructed using Simulink to verify the correction of algorithm and structure. The simulated current waveforms of the grid-connected inverter in different parameters are shown and analyzed.

Key words: PV system; inverter; grid-connected technology; phase locked

目 录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1能源形势概况 1

1.1.1 石油和天然气资源 1

1.1.2 煤炭资源 3

1.1.3 可再生能源 4

1.2 研究课题的背景和意义 5

1.3 光伏并网发电系统介绍 6

1.4本文主要研究工作 7

第2章 光伏系统拓扑结构及控制技术分析 8

2.1并网逆变器拓扑结构分析 8

2.1.1 按功率级分类 8

2.1.2 按连接方式分类 9

2.1.3 按有无隔离变压器分类 10

2.2 电流控制技术分析 11

2.2.1 单相逆变主电路拓扑结构 11

2.2.2 单相逆变并网控制的主要任务 11

2.2.3 滞环电流控制 12

2.2.4 三角波比较控制 12

2.2.5 比例谐振控制 13

2.2.6 无差拍控制 14

2.2.7 重复控制 14

2.3 单相逆变器并网系统小信号分析 14

2.3.1 逆变环节传递函数 14

2.3.2 逆变环节开环分析 15

2.3.3 加入PI环节后系统开闭环动态性能分析 16

2.4 电压前馈控制 17

第3章 单相逆变器并网系统硬件设计 19

3.1 总体设计方案 19

3.2 主电路设计 20

3.3基于TMS320F2812主控单元硬件电路设计 21

3.3.1 TMS320F2812特性介绍 21

3.3.2 主控单元硬件结构 21

3.4外围硬件电路设计及型号选择 23

3.4.1 电压采样及过零检测电路 23

3.4.2 电流采样及过零检测电路 24

3.4.3 保护电路 26

3.4.4 驱动电路 26

3.4.5 电源电路 28

第4章 光伏并网系统主要单元软件设计 29

4.1软件总体设计 29

4.1.1 软件总体结构设计 29

4.1.2 中断优先级设定 30

4.2 数字锁相环 30

4.2.1 锁相环介绍 30

4.2.2 锁相环的分类 32

4.2.3 数字锁相环设计 32

4.3 SPWM波生成 34

4.3.1 SPWM技术基本原理 34

4.3.2 DSP生成三角波方式 35

4.3.3 DSP生成调制波性原理 35

4.4保护程序 36

第5章 仿真实验结果与分析 38

5.1 仿真任务 38

5.2 仿真模型搭建 38

5.3 仿真结果分析 39

5.3.1 仿真结果基本分析 39

5.3.2 改变参考电流幅值 40

5.3.3 改变直流母线电压 41

5.4 仿真实验总结 42

第6章 总结与展望 43

6.1 本文主要成果 43

6.2 工作展望 43

参考文献 45

致谢 46

附录 47

第1章 绪论

1.1能源形势概况

能源是人类文明社会进步和发展的基础要素，能源对于人类的重要性也就是显而易见的了。从原始社会时人类燃烧木炭来获得热量、烹饪食物，再挖掘了煤炭，利用煤炭进入了第一次工业革命，继而是燃油机的出现使得石油被大量应用到人类的出现生活中去，同时电磁理论的发展，人类开始建立互联的电网系统，步入第二次工业革命。由此对于能源的需求开始呈现巨大的增长。

随着全球能源需求的不断加速上涨，二氧化碳的排放量也逐年增加。传统能源仍旧承担着人力生产生活的主要动力来源，不管是从资源短缺的角度还是环境保护方面，大力发展可再生能源相关的技术迫在眉睫。根据调查显示，通过各国的努力，大力推进可再生能源和混合动力汽车的发展，二氧化碳在2014年达到来了自从1998年来的最低点，可再生能源的发电量在2014年也达到了总共发电量的3%。但是石油煤炭仍然是人类发展文明的基石，人类生产生活在很大程度上还是依赖这些物质。但是这与人类文明进步的可持续性是相违背的，清洁能源势必要得到发展才能同时解决能源和环境的双重危机。在巴黎气候大会上，报告《碳排放极度不平等》显示，发达国家的碳排放量相较于大多数发展中国家是远超过的，而中国作为世界碳排放量第一大国，能源结构和经济结构的转型都是必然的，节能减排也不仅仅是一句口号，而是关系着国计民生的大事。

1.1.1石油和天然气资源

石油作为重要的燃料，广泛的应用于生活中的各个领域，其衍生化学物也给人类的生产生活带来了巨大的变化。人类由此通过燃油机实现了日行八万里的梦想，极大的提升人类进行物质生产的速度，推动了社会、科技的进步。

天然气的主要成分是甲烷，广泛的分布在地下岩石层中，近年来在海底的可燃冰中也发现了大量的天然气。随着我国大力推进天然气的发展，使用天然气作为能源的机动车，以及使用天然气进行烹饪在全国各个城市都得到了普及，相较于石油燃烧产生的各类化合物，天然气相比则纯净得多，唯一的不足是同样会产生大量的二氧化碳，加剧温室效应。