摘 要

世界能源危机与日益严峻的环境问题，使得发展可再生的清洁能源越来越受到各国的广泛重视。其中太阳能凭借其清洁环保、取之无尽、安全等优点，成为新能源研究中最重要的一个课题。在太阳能发电系统中，光伏太阳能逆变器是十分关键的设备，它影响着整个系统的传递效率、输出电压质量等性能指标。本文基于数字信号处理芯片DSP，对小型光伏发电系统进行深入研究。

首先本文介绍了光伏电池工作的原理及输出特性进行介绍，分析了光伏电池工作的等效电路并构建了光伏电池的数学模型。接着本文介绍了几种传统的最大功率跟踪点(MPPT)控制算法，对其原理及实现方法进行讲解并结合其算法的优劣势提出了利用扰动观测法实现MPPT。再次本文设计了光伏并网逆变系统的拓扑结构，完成了对升压斩波电路、全桥逆变电路及LC滤波电路的参数分析，并基于DSP控制系统的特点，设计了电压采样电路，电压过零点采样电路及驱动电路，并完成了系统主流程及各个功能模块流程的设计。

关键词： 太阳能；光伏并网；MPPT；DSP

Abstract

One-time energy sources such as oil, natural gas and coal reserves are depleted, the use of disposable energy produced in the process of waste gas, waste water, waste residue has brought serious problems to human survival environment, restricted the sustainable development of the world economy,In solar power generation systems, photovoltaic solar inverter is a critical equipment, which affects the transmission efficiency of the whole system, the performance indexes such as the output voltage quality,based on the digital signal processing chip DSP, this article mian to do a research to the small photovoltaic power generation system.

First of all, this paper introduces the work principle and output characteristics of photovoltaic cells are introduced, analysis of the photovoltaic cells work equivalent circuit and build the mathematical model of photovoltaic cells.Secondly, this paper introduces several traditional Maximum Power Point Tracking (MPPT)control algorithms. To explain the principle and realization method and combining with the advantages and disadvantages of the algorithm proposed a disturbance observation method is used to realize MPPT. Again in this paper, the design of photovoltaic (pv) grid inverter system topology structure, completed to boost chopper circuit, full bridge inverter circuit and LC filter circuit parameter analysis. The filter inductor and capacitor are analyzed and calculated in this paper, providing a theoretical basis for selecting circuit parameters of grid-connected photovoltaic system.Combining with the characteristics of DSP digital control ,I designed system control software includes power module, driving circuit, producing SPWM wave frequency calculation and phase tracking and design principles are introduced.

Key Words: solar energy；photovoltaic grid-connect inverter;MPPT;DSP

目录

第一章 绪论 1

1.1 课题背景 1

1.1.1 全球能源危机与环境问题的应对 1

1.1.2 太阳能光伏发电的优势 1

1.1.3 国内外光伏发电现状与趋势 1

1.2 光伏发电系统的分类和组成 2

1.2.1 光伏发电系统的分类 2

1.2.2 离网型光伏发电系统的基本组成 2

1.2.3 并网型光伏逆变系统的基本组成 3

第二章 光伏电池及其最大功率点跟踪 4

2.1 光伏电池的工作原理 4

2.2 光伏电池的数学模型 4

2.3 太阳能电池最大功率点跟踪(MPPT) 6

2.3.1 最大功率点跟踪的原理 7

2.3.2 最大功率点跟踪的策略 7

第三章 光伏并网发电系统主电路的研究与设计 12

3.1 直流斩波电路设计 12

3.1.1 各类斩波电路结构 12

3.1.2 Boost电路的参数设计 15

3.2 全桥逆变器电路设计 16

3.2.1 全桥逆变器主电路 16

3.2.2 全桥逆变器电路的参数设计 17

3.3系统主电路的设计 18

第四章 基于DSP控制系统的设计 20

4.1控制系统硬件的设计 20

4.1.1 电压采样电路的设计 20

4.1.2 过零点采样电路的设计 21

4.1.3 驱动电路的设计的设计 21

4.2 控制系统软件设计 23

4.2.1 系统主电路流程设计 23

4.2.2 各中断函数功能介绍 24

结论 27

参考文献 28

致谢 29

第一章 绪论

1.1 课题背景

1.1.1 全球能源危机与环境问题的应对

21世纪，随着现代化的发展、全球人口的增加和总体生活水平的提高，能源成为人类发展过程中不可或缺的一环，然而能源危机已经出现：石油、天然气和煤矿等一次性能源的储量正迅速减少，据估计现有的一次能源还能供人类使用50年左右，再次使用一次能源造成气候变暖问题为全球所担心，生产过程中所产生的废气、废水、废渣已成为人类生活的重要问题，也对大自然的破环造成了巨大的影响。

可再生能源，包括太阳能、水力、风力、生物质能、地热能、潮汐能等，他们取之不尽，用之不竭，可以从根本上消除能源危机。而太阳能作为可再生能源中最理想的绿色环保能源，在化石燃料能源储量越来越少、环境问题日益严峻的背景下，加紧开发和利用以太阳能为代表的可再生能源非常必要而且十分紧迫。

1.1.2 太阳能光伏发电的优势

太阳能资源没有枯竭的的危险，只要有人类长期活动的地方必然存在太阳能，资源分布及其广泛，其次太阳能光伏发电的能量转换为光能到电能，没有其他发电设备所必需的机械设备，仅需将光伏电池封装成组件，便能方便的完成运输和使用，提高了能量的利用率，且由于转换无中间过程，不会产生废气废水废渣，不会加剧温室效应，是理想的清洁能源。太阳能电池核心材料硅在地壳上广泛分布，随着科学水平的发展，炼制单晶硅等半导体材料的成本也越来越低，为光伏发电产业的快速发展起到了积极的作用。同时太阳能发电系统建成后可实现智能化控制，无需人工的操作。这些其他能源利用技术无法比拟的优势，使得光伏发电成为如今电力市场的朝阳产业。

1.1.3 国内外光伏发电现状与趋势

在追求可持续发展的今天，太阳能由于具有清洁可再生的性质，越来越多的国家对其高度重视。在上世纪九十年代各国政府相继提出开发利用太阳能资源，现如今，各国不断深化新能源政策的革新与优惠力度，光伏发电市场也因越来越低廉的成本以及不断提高的转化率迅速发展，全球发展光伏发电的景象欣欣向荣，竞争也越来越激烈。

我国地理环境决定了我国所蕴藏的太阳能资源及其丰富，若能将其开发利用，可以满足全国大部分地区的供电问题。据有关资料统计，随着政府对光伏产业的重视，相继推出《可再生能源中长期发展规划》等规划之后，我国光伏产业得到了令人瞩目得的成就：现如今我国已是最大的太阳电池产量国，全球份额占有率超过50%，同时，我国的太阳能装机容量也日益提高，特别是对于我国针对辐照度较高的西北部地区的太阳能开发和利用，有效解决了当地供电问题，改善了当地居民的生活质量。

1.2 光伏发电系统的分类和组成

1.2.1 光伏发电系统的分类

按照光伏发电系统是否与电网连接的关系，可将光伏发电系统分为离网光伏系统和光伏并网系统。若光伏发电系统作为一种独立电源不与电力系统连接给某个地区供电，则称之为离网光伏系统；若光伏发电系统连接到电网，使其由电网统一调度向用户供电，则称此类光伏发电系统为光伏并网系统。

1. 离网光伏发电系统

在偏远地区、无电区、岛屿和路灯等无法连接上电网的场合，可利用离网光伏发电系统向其供电。在有光照的情况下，太阳能经光伏电板转化为电能给负载供电，同时给蓄电池组充电；在无光照时，光伏电板无法正常提供电压，此时通过蓄电池组给直流负载供电，同时给逆变器供电，经由逆变器将蓄电池上输出的直流电逆变为交流电，给交流负载供电。这一过程由太阳能充放电控制器控制。离网光伏发电系统主要由太阳能电池组件、太阳能充放电控制器、蓄电池组、离网型逆变器组成。