下载文档原格式
基于DSP的光伏并网逆变器硬件电路的设计分类号TP273 单位代码11395密级学号1105230205学生毕业设计（论文）题目基于DSP的光伏并网逆变器硬件电路的设计作者冯露露院(系) 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。
Photovoltaic Grid Inverter Based On DSP Hardware Circuit DesignABSTRACTAlong with the human living standard enhances unceasingly, environmental pollution and energy crisis has become a huge problem of mankind, and solar energy as a kind of can be born in energy, it has a clean, environmental protection, rich characteristics,etc. so its development and utilization of more and more get the favor of people. Soon solar energy will become the main source of energy needed for human, its mining form mainly photovoltaic grid power generation systems. Is the solar energy into electrical energy in the form of light and be used by people. In recent years, with the in-depth study of the photovoltaic grid inverter systems, some high performance Digital Signal Processor chip also appeared.their presence not only simplifies the control structure of the photovoltaic grid, and greatly improve the performance of photovoltaic grid systems. This paper mainly studies the photovoltaic power generation systems. And implements the single-phase photovoltaic grid inverter based on Digital Signal Processor hardware circuit design.The paper firstly described the development of solar photovoltaic grid in the world, and explained the controlled photovoltaic grid system.And then put forward to the two-stage type of isolation voltage type inverter single-phase photovoltaic grid inverter as the core of hardware circuit design, at the same time parameter was calculated and the design of hardware circuit,ang realizes the simulation on the Matlab software testing. The last of this paper summary as well as to the further research work is prospected.Key words: grid-connected photovoltaic; inverter; DSP目录摘要 (I)Abstract ............................... I I 第一章绪论 . (1)1.1课题研究的背景和意义 (1)1.2国内外研究现状 (1)1.2.1国外研究现状 (1)1.2.2国内研究现状 (2)1.3本课题研究的主要内容 (2)第二章光伏并网逆变系统的控制策略 (3)2.1 逆变器的拓扑结构分类 (3)2.2 输出电流控制方式 (5)2.2.1 SPWM电流跟踪方式 (5)2.2.2电流滞环瞬时比较方式 (6)2.2.3 SVPWM电流控制方式 (6)2.3 最大功率点跟踪 (7)2.4孤岛效应 (8)2.4.1孤岛效应的影响和危害 (8)2.4.2孤岛效应的检测方法 (9)2.5 本章小结 (9)第三章基于DSP的并网逆变器硬件电路的设计113.1 基于DSP的控制系统硬件设计 (11)3.1.1 数字信号处理器DSP简介 (11)3.1.2 DSP系统硬件电路设计 (12)3.2采样和调理保护电路设计 (13)3.3主电路设计与关键参数选择 (17)3.3.1 Boost电路设计与参数选择.. 183.3.2逆变器电路参数选择 (20)3.4本章小结 (21)第四章光伏并网逆变器仿真测试 (23)4.1 Matlab搭建电路图 (23)4.2 仿真波形和分析 (23)4.3本章小结 (24)第五章总结和展望 (25)5.1工作总结 (25)5.2 展望 (25)参考文献 (27)致谢 (29)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。
基于DSP的小功率光伏并网逆变器的设计基于DSP的小功率光伏并网逆变器的设计摘要：介绍了1KW并网逆变器的设计。
详细的介绍了逆变器的基本设计和关键技术，以及并网电流的控制策略。
并在试验装置上，验证了逆变器的稳定性和控制策略的可靠性。
原文位置关键词：太阳能;光伏并网;逆变器前言随着生态环境的日益恶化，人们逐渐认识到必须走可持续发展的道路，太阳能必须完成从补充能源向替代能源的过渡。
光伏并网是太阳能利用的发展趋势，光伏发电系统将主要用于调峰电站和屋顶光伏系统。
在光伏并网系统中，并网逆变器是核心部分。
目前并网型系统的研究主要集中于DC-DC和DC-AC两级能量变换的结构。
DC-DC变换环节调整光伏阵列的工作点使其跟踪最大功率点;DC-AC逆变环节主要使输出电流与电网电压同相位，同时获得单位功率因数。
其中DC-AC是系统的关键设计。
太阳能光伏并网系统结构图如图1所示。
本系统采用两级式设计，前级为升压斩波器，后级为全桥式逆变器。
前级用于最大功率追踪，后级实现对并网电流的控制。
控制都是由DSP芯片TMS320F2812协调完成。
图1 光伏并网系统结构图逆变器的设计太阳能并网逆变器是并网发电系统的核心部分，其主要功能是将太阳能电池板发出的直流电逆变成单相交流电，并送入电网。
同时实现对中间电压的稳定，便于前级升压斩波器对最大功率点的跟踪。
并且具有完善的并网保护功能，保证系统能够安全可靠地运行。
图2是并网逆变器的原理图。
图2 逆变器原理框图控制系统以TI公司的TMS320F2812为核心，可以实现反馈信号的处理和A/D转换、DC/DC变换器和PWM逆变器控制脉冲的产生、系统运行状态的监视和控制、故障保护和存储、485通讯等功能。
实际电路中的中间电压VDC、网压、并网电流和太阳能电池的电压电流信号采样后送至F2812控制板。
控制板主要包括：CPU及其外围电路，信号检测及调理电路，驱动电路及保护电路。
其中信号检测及调理单元主要完成强弱电隔离、电平转换和信号放大及滤波等功能，以满足DSP控制系统对各路信号电平范围和信号质量的要求。
基于DSP的光伏并网逆变器的设计蒲鹏鹏;刘广思【期刊名称】《电子质量》【年(卷),期】2009(000)007【摘要】Grid-connected photovoltaic (PV) system is the development trend of photovoltaic systems. According to the grid-connected PV system characteristics, this paper presents the design of a photovoltaic grid-connected inverter based on the digital signal processor TMS320F2407. The paper analyzes the constitute and control principle of the system and designs the software flow chart of MPPT(Maximum Power Point Tracking) algorithm and the phase lock loop, The experimental results show the grid-connected current wave achieves our need. The wave of grid-connected current has the same frequency and phase as the utility voltage. The power factor of grid-connected has reached to nearly 1.%光伏并网发电系统是光伏系统发展的趋势,文章根据光伏并网发电系统的特点,设计了一套基于数字信号处理器TMS320F2407控制的单相光伏并网逆变器.分析了系统的结构和控制原理,设计了最大功率点跟踪算法和锁相环的软件设计流程图.实验结果表明并网电流波形良好,逆变器输出的电流基本与电网电压同频同相,并网的功率因数近似为1.【总页数】4页(P20-23)【作者】蒲鹏鹏;刘广思【作者单位】河南理工大学电气工程与自动化学院,河南,焦作,454000;河南理工大学电气工程与自动化学院,河南,焦作,454000【正文语种】中文【中图分类】TN602【相关文献】1.基于DSP的1kW光伏并网逆变器设计 [J], 焦静静;康明才;张兰红2.基于DSP的3 kW单相光伏并网逆变器设计 [J], 曾杨杨;陈宇晨;李正明3.基于DSP的智能光伏并网逆变器控制电路设计 [J], 蒋晓明;赵基建;刘晓光;曾德志4.基于DSP的两级式光伏并网逆变器的设计 [J], 王小亮;王勉华;景凯凯;王瑞5.基于DSP的大功率光伏并网逆变器的设计研究 [J], 于虹;陈守信;王建军;李文清;因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
第36卷第4期继电器Vol.36 No.4 2008年2月16日RELAY Feb.16, 2008 基于DSP控制的单相光伏并网逆变系统的设计吴玉蓉，张国琴（武汉科技学院电子信息工程学院，湖北 武汉 430073）摘要：阐述了基于数字信号处理器TMS320F2812控制的单相光伏并网逆变系统的设计，该系统主要应用于小功率光伏并网发电系统。
分析了系统的结构和控制原理，设计了最大功率跟踪MPPT(Maximum power point tracking)算法和锁相环的软件设计流程图，构建了实验室样机。
实验结果表明并网电流波形良好，但含有少量的高次谐波，逆变器输出的电流基本与电网电压同频同相，并网的功率因数近似为1。
关键词:光伏；逆变；数字信号处理器Design of single phase photovoltaic grid-connected inverse system based on DSPWU Yu-rong, ZHANG Guo-qin(School of Electronic Engineering and Information,Wuhan University of Science and Engineering, Wuhan 430073,China)Abstract: This paper presents the design of single phase photovoltaic grid-connected inverse system based on the digital signal processor TMS320F2812 .The system mainly has application in the small power photovoltatic grid-connected generation system. The paper analyzes the constitute and control principle of the system and designs the software flow chart of MPPT(Maximum Power Point Tracking) algorithm and the phase lock loop. An experimental prototype is built up. The experimental results show the wave of grid-connected current is better except for a little amount high-order harmonical wave. The wave of grid-connected current has the same frequency and phase as the utility voltage. The power factor of grid-connected has reached to nearly 1.Key words: photovoltaic; inverse; digital signal processor中图分类号：TM76 文献标识码： A 文章编号： 1003-4897(2008)04-0051-030 引言随着科学技术的快速发展和人们生活水平的不断提高，人们对能源的需求量越来越多，而传统的化石能源日益枯竭，同时化石能源的过度开采严重破坏了生态环境，化石能源的利用严重污染着生活环境。
基于DSP技术的光伏逆变电源的设计与实现的开题报告1. 研究背景随着能源需求的不断增加和对环境保护的要求不断提高，人们对可再生能源的依靠逐渐加深，光伏发电作为可再生能源的重要组成部分，被广泛应用于家庭、商业和工业领域。
而光伏逆变器作为光伏发电系统的核心部件，其功能是将光伏模块的直流电转换为交流电，并通过电网进行输送。
在逆变器中，数字信号处理器（DSP）技术被广泛应用于控制电路及功率变换，其使用能提高系统的效率、鲁棒性、灵敏度和稳定性，能够很好地满足光伏发电系统的需求。
2. 研究目的本研究的主要目的是基于DSP技术设计和实现一种高效、高性能的光伏逆变电源系统。
具体包括以下几个方面：（1）研究光伏逆变电源的原理和DSP技术在逆变器控制中的应用；（2）设计逆变器控制电路及功率电路；（3）通过搭建光伏发电系统实验平台，对该系统进行测试和验证，分析其性能和效果；（4）总结电路设计和实现过程中的经验和教训，对光伏逆变电源的未来发展做出展望。
3. 研究方法本研究采用以下方法：（1）文献综述：阅读相关文献，了解光伏逆变器的基本原理和DSP 技术在逆变器中的应用，掌握目前的发展状况和存在的问题；（2）电路设计：根据光伏逆变电源的需求设计控制电路和功率电路，考虑系统的效率和稳定性；（3）硬件实现：根据电路设计进行电路板的制作和元器件的焊接，搭建光伏发电系统实验平台；（4）软件编程：使用DSP芯片进行软件编程，实现逆变器的控制和功率变换；（5）测试验证：通过实验平台对系统进行测试和验证，分析其性能和效果。
4. 预期成果本研究预计能够设计和实现一种高效、高性能的基于DSP技术的光伏逆变电源系统，为光伏发电系统的开发和应用提供重要技术支持。
具体成果包括：（1）光伏逆变电源的原理和DSP技术在逆变器控制中的应用研究报告；（2）高效、高性能的光伏逆变电源系统硬件设计和软件编程报告；（3）基于光伏逆变电源实验平台的测试结果和分析报告；（4）光伏逆变电源设计和实现过程中的经验总结和展望。
本科生毕业设计说明书（毕业论文）题目：基于DSP的光伏并网逆变器硬件电路的设计学生姓名：学号：专业：电气工程及其自动化班级：指导教师：基于DSP的光伏并网逆变器硬件电路的设计摘要由于近年来不可再生能源的不断消耗，能源危机日益凸显，各国都在加紧开发新能源。
太阳能发电作为一种全新的电能生产方式，具有清洁无污染、来源永不衰竭且维护措施简单等特点，因而受到越来越广泛的关注。
本文针对太阳能应用的一个重要研究领域——光伏发电系统，尤其是小功率光伏并网发电系统，设计实现了基于DSP控制的单相光伏并网逆变器的硬件电路。
论文首先介绍了太阳能光伏并网的国内外发展现状，阐述了利用DSP控制光伏并网系统的基本原理。
然后提出了以逆变器DC/AC变换技术为核心的单相光伏并网逆变器的硬件电路设计方案，并在Matlab软件上进行了仿真测试。
最后对后续研究工作进行了展望，为进一步制作电路板及其调试提供了参考。
关键词：光伏并网；逆变器；数字信号处理器；Matlab仿真PV Grid-Connected Inverter Hardware Circuit Design Based on DSPAbstractIn recent years, with the continuous consumption of non-renewable energy, the energy crisis has become increasingly prominent, countries are stepping up the pace to develop new energy. Solar power, as a new energy production methods, owns many features, such as, clean, non-polluting, never failure of source and simple maintenance measures, and thus draws more and more attention. In this paper, as for an important research field of solar energy applications-photovoltaic systems, especially low-power photovoltaic power generation system, the hardware circuit of the DSP-based control of single phase photovoltaic grid-connected inverter is designed and implemented.The paper firstly described the development of solar photovoltaic grid in the world, and explained the basic principles of DSP controlled photovoltaic grid system. Then objective of the single-phase PV grid inverter with the core of DC / AC conversion technology inverter hardware circuit is designed and its simulation tests on the Matlab software is proceeded. Finally, the prospect of follow-up study provides a reference for the further production of circuit boards and their debugging.Key words: grid-connected photovoltaic; inverter; DSP; Matlab simulation目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (1)1.1 课题研究的背景、目的和意义 (1)1.2 国内外研究的现状 (1)1.2.1 国内研究的现状 (2)1.2.2 国外研究的现状 (2)1.3 本课题研究的主要内容 (3)第二章太阳能光伏并网的研究 (4)2.1 光伏并网逆变器的拓扑结构设计 (4)2.1.1 按变压器拓扑结构分类 (4)2.1.2 按功率变换级数分类 (6)2.1.3 按控制方式分类 (7)2.2 光伏并网控制策略基本原理 (10)2.2.1 光伏并网逆变器的控制方式 (10)2.2.2 光伏并网逆变器的控制目标 (10)2.2.3 输出电流控制方式 (11)2.2.4 最大功率点跟踪 (12)2.3 孤岛效应 (14)2.3.1 孤岛效应的影响和危害 (14)2.3.2 孤岛效应的检测方法 (15)第三章基于DSP的并网逆变器硬件电路的设计 (16)3.1 并网逆变器总体结构 (16)3.2 基于DSP的控制系统硬件设计 (16)3.2.1 DSP概述 (17)3.2.2 DSP系统硬件电路设计 (18)3.3 采样和调理保护电路设计 (24)3.4 主电路设计与关键参数选择 (28)3.4.1 Boost电路设计与参数选择 (28)3.4.2 逆变器电路设计与参数选择 (31)第四章光伏并网逆变器仿真测试 (35)4.1 Boost升压电路仿真测试 (35)4.1.1 Matlab搭建电路图 (35)4.1.2 仿真波形和分析 (35)4.2 逆变器电路仿真测试 (36)4.2.1 Matlab搭建电路图 (37)4.2.2 仿真波形和分析 (37)第五章总结和展望 (39)5.1 工作总结 (39)5.2 展望 (39)参考文献 (41)附录 (42)附录A DSP控制电路PCB板 (42)附录B 3D模式的控制电路PCB板 (42)附录C 主电路PCB板 (43)附录D 3D模式的主电路PCB板 (43)附录E 总体原理电路图 (43)附录F DSP控制电路原理图 (43)致谢 (44)第一章绪论1.1 课题研究的背景、目的和意义当今世界，人类对于能源的依赖性越来越强，能源已经成为我们生活中必需的部分，它为人类的各项活动提供着动力。
随着一次能源煤、石油、天然气等不可再生能源的过度开发，以及地球环境的日益恶化——全球变暖、酸雨、厄尔尼诺现象等，一系列环境问题危及人类的可持续发展。
环境、能源和可持续发展已经成为人类迫切要解决的问题。
能源短缺和环境恶化加快了人类去寻找替代能源的进程，各国都在大力发展新能源。
在新能源家族中，有风能、太阳能、地热能、潮汐能等。
由于太阳能资源分布相对广泛、蕴藏丰富，光伏发电以清洁可再生的太阳能为能源，直接将太阳能转换成电能，是一种不需要燃料、没有污染获取电能的高新技术，因此光伏发电被认为将是21世纪、最具活力的新能源[1]。
过去太阳能光伏发电系统中因为太阳能电池的制造成本比较高，所以太阳能光伏发电只能应用于一些偏远地区的供电。
例如，一些分散的农牧户、基站的通信设备供电、气象、国防等。
而且应用于村庄的大都是小型的光伏发电系统，大多未能并入电网，属于独立的离网式发电。
当今太阳能电池硅板成本有所降低，电力电子技术、自动控制技术、计算机处理技术等也有了飞速发展。
太阳能光伏发电系统有了质的飞跃，发电成本在逐年下降，发电的效率和市场效益也在进一步提高，这为大规模发展太阳能光伏发电并网技术提供了基础。
从2004年欧盟联合研究中心预测的世界能源结构大致变化发展趋势[2]中可以看出，在接下来的近一百年里，石油、煤炭、天然气等不可再生能源在一次能源消费中所占的比例将呈下降趋势，而太阳能光伏发电则会大比例的增加。
所以大力发展太阳能有利于缓解能源危机和解决环境问题，促进人类社会的可持续发展。
我国拥有丰富的太阳能资源，所以发展太阳能占有一定的先天优势。
从我国所处的地理位置、地形以及纬度来分析，我国中西部地区太阳能资源比较丰富，西藏、青海、甘肃、内蒙古、新疆、宁夏均属于世界太阳能资源丰富的地区。
这些地方又有十分广阔的面积，有利于大规模安置太阳能光伏并网发电设备，也有利于部分地区环境的改善。
1.2 国内外研究的现状与独立光伏发电系统相比，光伏并网发电系统具有一些自己的优点。
它省掉了体积庞大、价格高昂、不易维护的蓄电池，具有造价低，输出电能稳定的特点，因而具有更为广阔的市场前景。
典型的光伏并网逆变器发电系统包括：光伏阵列，直流到直流斩波电路（DC-DC），Dclink，直流到交流逆变器（DC-AC）控制电路，采样电路，保护电路，故障处理电路等。
1.2.1国内研究的现状由于我国在光伏发电等可再生能源发电技术的研究起步相对较晚，光伏发电只在一些尖端领域应用比较多，核心技术方面和国外还有一定的差距。
就光伏并网型逆变器而言，合肥工业大学能源研究所、燕山大学、上海交通大学、中国科学院电工研究所等科研单位在这一方面进行了相关的研究，并且在“九五”、“十五”期间，国家科技部投入相当数额的经费进行开发工作[3]。
目前我国光伏并网逆变器市场发展规模还比较小，国内生产逆变器的商家虽然很多，但专门用于生产光伏发电系统的逆变器制造厂商却并不多，而且有不少国内制造厂商已经在逆变器方面研究开发多年，已经发展到拥有一定的规模和市场竞争力，但在逆变器技术质量、验证技术上、规模上与国外企业仍有很大差距。
目前我国具有较大规模的厂商有北京索英、南京冠亚、北京科诺伟业、志诚冠军上海英伟力新能源科技有限公司等企业。
国内市场规模虽然比较小，核心技术还处在不算成熟的阶段，但未来光伏发电市场的巨大发展潜力和发展空间将给国内光伏企业带来前所未有的发展机遇。
目前国内光伏并网逆变器主要被阳光电源、艾思玛、KACO等品牌所占领，而国外的企业多数通过代理渠道进入国内的市场，由于售后服务提供难度大的问题导致其整体市场占有率不高。
国内重点光伏发电项目大功率产品几乎全部选用国内产品。
从技术层次来说，国内企业在智能化程度、稳定性、转换效率、结构工艺等方面与国外先进水平仍有一定差距。
目前我国在小功率逆变器技术上与国外处于同一水平，在大功率并网逆变器上，还有一定的差距，大功率并网逆变器仍需进一步发展和研究。
1.2.2国外研究的现状近几年，随着德国、美国、西班牙、日本对本国光伏发电产业在政策上大力扶持，全球光伏并网逆变器的销售额在逐年上升，光伏并网逆变器进入了一个飞速发展的阶段。
但目前全球光伏并网逆变器市场被国际几大巨头瓜分，欧洲作为全球光伏并网逆变器市场发展的先驱，具备了完善的光伏产业链，光伏并网逆变器技术处于世界领先地位。
