燃料电池并网逆变器研究与设计

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随着国家“节能减排”、“低碳经济”等发展战略的提出,清洁环保、节能高效的燃料电池成为新能源领域重要的研究热点之一,燃料电池逆变并网技术又是其推广应用的关键。本文以3kW燃料电池并网需求为背景,开展燃料电池单相逆变并网技术研究,重点研究逆变并网系统的主电路拓扑结构,控制策略以及参数配置等,具体内容如下:   设计了燃料电池并网逆变器的总体方案,在对比分析各种并网拓扑结构的基础上,提出了全桥升压电路和全桥逆变器为主体的拓扑结构,并分析了该系统各个模块的工作原理。   设计了并网逆变器的硬件电路。硬件电路包括DC/DC全桥升压电路,DC/AC全桥逆变电路,缓冲电路,驱动电路,滤波电路,信号采集电路以及主控制器外围电路等。分析了系统中存在的各种干扰,并探讨了相关的抗干扰措施。   在分析燃料电池的输出特性以及并网系统工作特点的基础上,建立了系统模型,研究了系统的逆变输出电流跟踪电网电压的控制策略,确定以PI闭环调节为控制核心,并且加入了电压前馈补偿控制,证明了电压前馈补偿控制可以抵消电网电压对并网电流的影响。改进了数字锁相算法,使逆变电流与电网电压更准确的同频同相,使逆变器以高功率因数并网。   根据系统总体设计的要求,进行了软件设计。对DSP2407以及CPLD的资源进行了合理的分配,对中断优先级进行了分配,设计了锁相单元以及SPWM中断处理的流程图。   研制了一台3kW燃料电池并网逆变器样机,对DC/DC模块和DC/AC模块进行了分块调试,最后进行了联合调试,并对各种试验波形进行了分析。测试结果表明,该样机的逆变输出电流稳定的跟踪电网的电压,实现了燃料电池的能源以高功率因数回馈到电网,达到了预期的设计目标。  
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